Способы охлаждения двс: Система охлаждения двигателя: её устройство и виды

Содержание

СУДОРЕМОНТ ОТ А ДО Я.: Система охлаждения ДВС.

Система охлаждения предназначена для отвода тепла от деталей двигателя, подверженных нагреву горячими газами и для поддержания допустимых температур, определяемых жаропрочностью материалов, термостабильностью масла и оптимальными условиями протекания рабочего процесса. В зависимости от конструкции ДВС количество тепла, отводимого в охлаждающую жидкость, составляет 15—35 % тепла, выделяемого при сгорании топлива в цилиндрах.
В качестве охлаждающей жидкости используется пресная и забортная вода, масло и дизельное топливо.
Для судовых ДВС используются проточная и замкнутая системы охлаждения. При проточной системе охлаждение двигателя осуществляется забортной водой, прокачиваемой насосом. Система забортной воды включает следующие основные элементы: кингстонные ящики с кингстонами, фильтры, насосы, трубопроводы, арматуру и приборы управления, сигнализации и контроля. Согласно Правилам Регистра СССР система должна иметь один днищевой и один—два бортовых кингстона. Система забортной воды может иметь два насоса, один из которых является резервным одновременно для пресной и забортной воды. Аварийное охлаждение двигателей может обеспечиваться от насосов холодильной установки или пожарной системы судна.
Проточная система охлаждения проста по конструкции, требует небольшого количества насосов, но двигатель охлаждается относительно холодной забортной водой (не более 50—55 С). Выше температуру поддерживать нельзя, так как уже при 45 С начинается интенсивное отложение солей на поверхности охлаждения. Кроме того, все полости системы, в которых протекает охлаждающая забортная вода, сильно загрязняются шламом. Отложения солей и шлама значительно ухудшают теплопередачу и нарушают нормальное охлаждение двигателя. Омываемые поверхности подвергаются значительной коррозии.
Современные судовые ДВС имеют, как правило, замкнутую (двухконтурную) систему охлаждения, при которой в двигателе циркулирует пресная забортная вода, охлаждаемая в специальных водяных холодильниках. Водяные холодильники прокачиваются забортной водой.
Одним из основных преимуществ этой системы является возможность поддержания охлаждаемых полостей в более чистом состоянии, так как система заполнена пресной или специально очищенной водой. Это в свою очередь позволяет легко поддерживать наивыгоднейшую температуру охлаждающей воды в зависимости от режима работы двигателя. Температура пресной воды, выходящей из двигателя, поддерживается следующая: для тихоходных ДВС 65—70 С, для быстроходных — 80—90 С. Замкнутая система охлаждения является более сложной, чем проточная и требует повышенного расхода энергии на работу насосов.
Для защиты поверхностей втулок и блоков со стороны охлаждения от коррозионно-кавитационного разрушения и образования накипи применяют антикоррозионные эмульсионные масла ВНИИНП—117/119, «Шелл Дромус ойл В» и другие. Эти масла имеют практически одинаковые физико-химические свойства и методику применения. Они нетоксичны и хранятся в металлической таре при температуре не ниже минус 30 С.
Антикоррозионные масла образуют с пресной водой стойкую непрозрачную эмульсию молочного цвета. Стойкость эмульсии зависит и от жесткости воды. Тонкая пленка антикоррозионного масла, покрывая поверхность охлаждения ДВС, предохраняет ее от коррозии, кавитационного разрушения и отложения накипи. Для сохранения этой пленки на поверхности охлаждения двигателя необходимо постоянно поддерживать рабочую концентрацию масла в охлаждающей воде около 0,5 % и применять воду определенного качества.
Антикоррозионные эмульсионные масла широко применяются в системах охлаждения ДВС, применяемых на промысловых судах. Методы обработки охлаждающей пресной воды приводятся в инструкциях по эксплуатации двигателей.
В системах охлаждения используются центробежные насосы с электроприводом. Иногда встречаются поршневые насосы, которые приводятся в действие от самого ДВС. Насосы охлаждения создают давление 0,1—0,3 МПа. Охлаждение современных среднеоборотных ДВС осуществляется в основном при помощи навешенных центробежных насосов забортной и пресной воды.
Принципиальная схема замкнутой системы охлаждения двигателя приведена на рисунке:
Замкнутый внутренний контур служит для охлаждения двигателя, а проточный внешний — для охлаждения холодильников пресной воды и масла.
Циркуляция воды по замкнутому контуру осуществляется при помощи центробежного насоса 8, подающего воду в нагнетательный трубопровод 10, из которого по отдельным патрубкам она подводится к нижней части блока двигателя для охлаждения каждого цилиндра. Из верхней части блока по переливным патрубкам вода поступает в крышки цилиндров, а из них по отводящему трубопроводу направляется в водяной холодильник
4
и далее во всасывающий трубопровод насоса 8. В системе охлаждения ДВС имеется терморегулятор 3 с термобаллоном 2, который автоматически поддерживает необходимую температуру воды за счет перепуска части ее мимо водяного холодильника 4. Первоначальное заполнение водой внутреннего контура производится через расширительный бак 1. Туда же направляется паровоздушная смесь из отводящего трубопровода двигателя.
Подача воды во внешний контур осуществляется автономным центробежным электронасосом 7, который забирает воду из кингстона через спаренный сетчатый фильтр
9
с запорными клапанами и подает ее последовательно к масляному 5 и водяному 4 холодильникам. Из водяного холодильника вода сливается за борт. Перед масляным холодильником установлен терморегулятор 6, который в зависимости от температуры масла регулирует количество воды, проходящее через холодильник.Температура и давление воды в системе охлаждения контролируется приборами местного и дистанционного контроля и системой аварийно-предупредительной сигнализации.

как устроена и надо ли промывать ее зимой? Система охлаждения двигателя rf

Для нормальной работы двигателя необходима температура 80 – 90 градусов. А температура в цилиндре в рабочем состоянии может расти до 2000 градусов, что разрушительно влияет на детали. Система охлаждения в машине позволяет мотору не перегреваться в жару и не промерзать в мороз. Нарушение температурного режима чревато быстрым износом деталей, повышенным расходом топлива и масла, падением мощности двигателя.

Таким образом, система охлаждения контролирует температурные пределы для идеальной работы автомобиля.

Предназначение воздушного охлаждения

Прямое предназначение системы охлаждения – поддерживать оптимальную температуру для работы двигателя. Система охлаждения отвечает и за нагрев воздуха в салоне, за охлаждение моторного масла и рабочей жидкости коробки-автомат, иногда охлаждается приемный коллектор и дроссельный узел. В результате сгорания топлива рассеивается 35% тепла.

Знаете ли Вы? Первая система охлаждения появилась в 1950 году.

Принцип работы воздушной системы охлаждения

Название говорит само за себя – поток воздуха главный в воздушной системе охлаждения. С воздухом отводится тепло от цилиндров, головки блока и масляного радиатора. Вся система состоит из вентилятора (приводится в движение от шкива коленчатого вала ремнем), охладительных ребер цилиндров и головки, съемного кожуха, дефлекторов и контрольных приборов. На вентиляторе стоит защитная сетка, чтобы исключить попадание посторонних предметов.

Воздушный поток принудительно поступает к двигателю при помощи алюминиевых лопастей вентилятора. Движется воздух между ребрами охлаждения, а потом равномерно распределяется с помощью дефлекторов на все детали мотора.

Вентилятор состоит из направляющего диффузора (по окружности в нем имеются неподвижные радиально расположенные лопасти переменного сечения, чтобы направлять поток воздуха) и ротора с 8 радиально расположенными лопатками. Лопасти диффузора меняют направление потока воздуха, и он движется в противоположную от вращения ротора сторону. Это увеличивает давление воздуха и лучше охлаждает двигатель.

Интересно знать! В 1997 году был установлен двигатель воздушного охлаждения с двумя турбинами в 400 лошадиных сил. Он считается самым мощным.

Чтобы увеличить площадь поверхности для контакта с воздухом, на блок и головку блока цилиндров установлены дополнительные ребра. В минуту вентилятор может подать 30 кубов воздуха, что позволяет двигателю работать при температуре от –40° до +40°. Термостаты и заслонки позволяют регулировать интенсивность охлаждения двигателя.

Естественное воздушное охлаждение

Самым простым способом охлаждения двигателя является естественное воздушное охлаждение. На внешней поверхности цилиндров стоят ребра, через которые и отдается тепло. Такая система охлаждения стоит на мотоциклах, мопедах, поршневых двигателях и др.

Принудительное воздушное охлаждение

В системе принудительного воздушного охлаждения есть вентилятор и ребра охлаждения. Кожух покрывает вентилятор и ребра. Это способствует направлению воздушного потока и препятствует проникновению тепла извне.

Преимущества и недостатки

Преимущества двигателей с воздушным охлаждением:

1. Простота конструкции. Легко ремонтировать.

2. Незначительный вес.

3. Надежность.

4. Недорого.

5. Хорошие показатели холодного запуска мотора.

Недостатки:

1. Создает шум.

2. Увеличиваются размеры мотора.

3. Неравномерность обдува и локальный перегрев.

4. Чувствительность к качеству топлива, масла и запчастей.

Внимание! Даже тонкий слой грязи на корпусе мотора снижает продуктивность охлаждения. Поэтому нужно тщательно следить за чистотой корпуса двигателя.

Распространённые поломки

Датчик показывает повышение температуры масла в – охлаждающая система дает сбой в работе. Немедленно заглушите мотор и выясните причину. На приборной панели загорается лампа, которая сигнализирует о неполадках. Причина может быть в обрыве ремня вентилятора. Очень редко случаются проблемы в работе термостата.

Где применяются двигатели з воздушной системой охлаждения

Двигатели с воздушной системой охлаждения применяются все меньше (их вытесняет жидкостное охлаждение) в машиностроении (компактные малолитражки, дизельные ДВС, грузовики, техника сельского хозяйства).

» Система охлаждения двигателя автомобиля, принцип действия, неисправности

Автомобильную систему охлаждения двигателя требуется периодически проверять. Многие значительные неисправности авто имеют причиной перегрев двигателя. Значение температуры сжигаемой топливовоздушной смеси достигает нескольких тысяч градусов. Соответственно, образуется большое количество тепла, которое требуется отвести, дабы не перегреть мотор, что может привести к серьёзным проблемам.

Проблемы перегрева двигателя

Неэффективная работа системы охлаждения может привести к превышению рабочей температуры поршней, уменьшению теплового зазора между поршнем и стенками цилиндра вплоть до нуля. Это вызывает задевания корпусом поршня стенок цилиндра, образование царапин, задиров. Также при перегреве моторное масло теряет смазывающие свойства, нарушается масляная плёнка. Двигатель из-за этого может заклинить.

Перегрев системы охлаждения и двигателя сопровождается разным из-за различных материалов расширением ГБЦ, блока и болтов крепления, что приводит к искривлению установочной поверхности головки, вытягиванию болтов, растрескиванию сёдел клапанов. Понятно, что после подобных изменений отремонтировать двигатель сложно, а иногда и невозможно.

Охлаждающие жидкости двигателя

Исправно работающая система охлаждения должна не допускать перегрева, однако для нормального функционирования системы требуется использование качественной охлаждающей жидкости. Незамерзающие при низких температурах технические жидкости называются антифризами (от англ. antifreeze). Сегодня антифризы производятся, как правило, на основе моноэтиленгликоля, представляющего собой густую жидкость с температурой кипения около 200 °C.

Задачей охлаждающей жидкости является не только охлаждение мотора, но и теплопередача для отопления салона, подогрева топлива зимой. Охлаждающая жидкость автомобиля должна удовлетворять следующим требованиям:

  • не замерзать во всей области рабочих температур двигателя;
  • иметь высокие значения теплоёмкости и теплопроводности;
  • не образовывать пену;
  • не разъедать пластик и резину патрубков;
  • не повреждать уплотнения;
  • смазывать, защищать от коррозии детали системы охлаждения и двигателя;
  • не откладывать накипь и другие отложения разного рода на внутренних стенках рабочей поверхности системы охлаждения

Принято различать понятия «тосол» и «антифриз». Считается, что тосол — это готовый продукт, а антифриз — концентрат. Хотя, конечно, по составу это одно и то же, просто с разным названием.

Автомобильные антифризы окрашиваются в заметные, яркие цвета:

  • зелёный,
  • оранжевый, или оттенки красного
  • голубой (синий),
  • бирюзовый

Делается это ради безопасности, ведь антифриз весьма ядовит. По мере использования жидкость теряет необходимые свойства — постепенно утрачиваются смазывающие и антикоррозийные параметры, повышается склонность к образованию пены.

Важно: Срок службы антифризов находится в пределах 2–7 лет.

После заводки авто совместно с двигателем начинает своё вращение насос системы охлаждения (называется также помпа, водяной насос)если конечно нет электронного подключения помпы. Во вращение помпа приводится ремнём газораспределительного механизма (ГРМ) или при помощи ремня навесного оборудования — это зависит от конструкции двигателя конкретной модели. Крыльчатка водяного насоса, вращаясь, прокачивает охлаждающую жидкость через систему. Для быстрого выхода на рабочую температуру в системе охлаждения автомобиля предусмотрен малый контур, то есть жидкость циркулирует только внутри двигателя, термостат закрыт, антифриз не подаётся в радиатор.

Как только двигатель прогреется до определённой температуры, термостат открывается, пропуская тосол или антифриз по большому контуру системы охлаждения. Жидкость проходит через радиатор, где охлаждается. Радиатор охлаждается наружным воздухом, свободно проходящим через решётку радиатора, или принудительно обдувается вентилятором. После охлаждения в радиаторе антифриз подаётся в систему охлаждения двигателя, забирает часть его тепла и снова направляется по большому кругу.

В радиатор установлен датчик включения вентилятора, который при достижении определённой температуры включает принудительный обдув или меняет скорость вентилятора. При изменении скорости вращения меняется количество проходящего через соты радиатора воздуха, соответственно эффективность охлаждения жидкости регулируется. По мере охлаждения жидкости в радиаторе вентилятор выключается. Если тосол становится холоднее значения срабатывания , большой контур перекрывается, — циркуляция снова происходит по малому кругу.

В некоторых системах охлаждения применяются несколько датчиков температуры, место расположения датчиков:

  • на радиаторе системы охлаждения,
  • на головке блока цилиндров,
  • непосредственно на корпусе термостата.

Подобная схема работы является базовой, однако производители постоянно усовершенствуют системы охлаждения. В некоторых машинах отсутствуют датчики включения вентилятора, который запускается сигналом с блока управления двигателя в зависимости от показаний датчика температуры. Термостаты также могут управляться «мозгами» мотора, открывая и переключая контуры не автоматически, а по управляющему сигналу. В некоторых моделях на патрубках, ведущих к отопителю, установлены электромагнитные клапаны, регулирующие подачу ОЖ в радиатор печки. При неисправности эти клапаны могут стать причиной проблем системы охлаждения.

Одно из усовершенствований системы охлаждения является электронно регулируемая помпа, точнее привод помпы, который в зависимости от температуры двигателя подключает помпу или отключает ее, тем самым способствует более эффективной терморегулировки и быстрому прогреву системы охлаждения автомобиля.

Диагностика неисправностей систем охлаждения

Перегрев двигателя — это такой режим работы, который обусловлен закипанием охлаждающей жидкости. Однако проблемой является не один лишь перегрев. Эксплуатация мотора при постоянно пониженной температуре также является вредной, так как рабочая температура должна поддерживаться на определённом уровне. Холодный двигатель потребляет больше топлива, работает не с лучшей эффективностью, подвержен повышенным нагрузкам из-за повышенной вязкости системы смазки.

Поломки термостата, вентилятора, термореле и датчиков нарушает правильное функционирование охлаждающей системы. Если признаки нарушения температурного режима обнаружены вовремя и возникновения фатальных неисправностей не произошло, то ремонт, скорее всего, не будет слишком длительным и дорогим. Поэтому всеми специалистами рекомендуется следить за температурными режимами работы мотора.

Диагностику проблем и неисправностей следует начинать на холодном двигателе. Для начала нужно проверить правильность сочленения патрубков и трубок, сборку других элементов системы охлаждения, особенно если авто ремонтировалось незадолго до возникновения проблемы. Возможно, это смешно, однако известно много примеров, когда охлаждение не работает правильно из-за погрешностей сборки.

Некоторые из этих случаев:

  • после переборки мотора шланг вентиляции картера соединён с расширительным бачком ОЖ;
  • установлен «неродной» вентилятор охлаждения, из-за неправильного положения лопастей которого воздух направляется не в том направлении;
  • лопасти крыльчатки вентилятора свободно проворачиваются на валу;
  • разъёмы датчика или вентилятора окислены, шатаются или повреждены.

Нелишним будет также провести внешний осмотр радиатора, возможно, он загрязнён, забиты соты. Иногда негативно может сказываться слишком плотная защита двигателя, преграждающая путь воздуху снизу. Небольшая авария, приведшая только к поломке бампера, может привести к перегреву — в бампере бывают сформированы специальные направляющие, по которым проходит воздух к двигателю (VW Passat B5 ).

После визуального осмотра системы охлаждения нужно проверить уровень антифриза, исправность клапанов пробки радиатора или бачка, герметичность шлангов и патрубков. Имеет смысл определиться, что залито в систему — антифриз или просто вода.

Если первые шаги помогли вычислить какие-либо неисправности системы охлаждения двигателя, их необходимо устранить или учитывать при постановке «диагноза». Доливая жидкость, нужно не забывать, что далеко не в каждом автомобиле можно просто добавить антифриз, и всё. К примеру, у некоторых BMW при доливке ОЖ следует включать зажигание, а регулировки печки поставить на максимум, для того, чтобы открылись электромагнитные клапаны отопителя.

При появлении подозрений на воздух, попавший в систему охлаждения, нужно вывернуть специальные пробки, предназначенные для выпуска воздуха. Они располагаются, как правило, в самой высокой точке системы. Если в машине есть расширительный бачок, можно проверить, циркулирует ли жидкость. Если при планомерном прогреве двигателя внутрь салона из воздуховодов отопителя поступает холодный воздух, это первейший признак воздушного «пузыря» в системе.

Если термостат заведомо исправен, после прогрева радиатора нижний его патрубок и верхний должны иметь примерно одинаковую температуру. Большая разница температур этих патрубков свидетельствует о плохой циркуляции антифриза через радиатор.

Через определённый промежуток времени после открытия термостата, по мере достижения температуры срабатывания, должен включиться вентилятор охлаждения радиатора. Если система содержит не электрический вентилятор, следует проверить датчик замыкания электромагнитной муфты или функционирование вязкостной муфты. Признаком неисправности вязкостной муфты можно считать возможность остановки и удержания вентилятора рукой. Обязательно соблюдать осторожность! Попытку остановки осуществлять мягким предметом, для исключения вероятности травмы руки или повреждения крыльчатки. Воздушный поток в правильном случае должен быть направлен на двигатель.

Давление в охлаждающей системе автомобиля увеличивается пропорционально прогреву двигателя и плавно падает по мере его остывания. Если верхний патрубок, подходящий к радиатору, раздувает от повышения частоты вращения двигателя, то имеет смысл удостовериться, что в систему не попадает часть газов из мотора. Такое бывает, если прокладку ГБЦ пробило между каналом охлаждения и цилиндром или при повреждении самой головки блока. Одним из признаков этой проблемы выступает масляная плёнка в расширительном бачке. Также о газах сигнализируют пузырьки, появляющиеся в антифризе во время работы двигателя.

Примеров того, как неправильно работающая система охлаждения приводила к серьёзным, вплоть до замены двигателя, проблемам для владельца, множество. Основным выводом следует сделать одно — в работе автомобиля нет мелочей и неважных неисправностей. Нужно замечать все изменения, анализировать их, делать правильные выводы. Если же владелец авто не разбирается в этом, следует регулярно обслуживать машину у хороших специалистов.

Замена охлаждающей жидкости, антифриз или тосол
Уходит антифриз из расширительного бачка – причины и способы их устранения Что делать если не работает печка в автомобиле? Греется двигатель, причины перегрева двигателя Перегрев двигателя — причины и последствия
Система впрыска топлива — схемы и принцип действия

Рабочие процессы автомобильного двигателя проходят при высоких температурах, поэтому для обеспечения его работоспособности в течение длительного времени необходимо отводить лишнее тепло. Эту функцию обеспечивает система охлаждения (СО). В холодное время года за счет этого тепла производится обогрев салона.

В автомобилях, используемых турбонаддув, в функцию системы охлаждения входит понижение температуры воздуха, подаваемого в камеру сгорания. Дополнительно в один из кругов с системы охлаждения некоторых моделей автомобилей, оснащенных автоматической коробкой передач (АКПП), включается охлаждение масла в АКПП.

В автомобилях устанавливается два основных типа СО: водяной и воздушный. Принцип работы системы охлаждения двигателя с водяным охлаждением заключается в нагреве жидкости от силовой установки или других узлов и отдачи такого тепла в атмосферу через радиатор. В воздушной системе в качестве рабочего охладителя используется воздух. В обоих вариантах есть свои достоинства и недостатки.

Однако, большее распространение получила система охлаждения с циркуляцией жидкости.

Воздушная СО

Воздушное охлаждение

К основным достоинствам этой компоновки можно отнести простоту конструкции и обслуживания системы. Такая СО практически не увеличивает массу силового агрегата, а также не капризна к изменениям температуры окружающего воздуха. К негативу относится существенный отбор мощности мотора приводом вентилятора, повышенный уровень шума при работе, плохо сбалансированный отвод тепла от отдельных узлов, невозможность использования блочной системы двигателя, невозможность аккумулирования отводимого тепла для дальнейшего использования, например, обогрева салона.

Жидкостная СО

Охлаждение жидкостью

Система с применением отвода тепла с помощью специальной жидкости благодаря своей конструкции может эффективно отводить лишнее тепло от механизмов и отдельных деталей конструкции. В отличие от воздушной, устройство системы охлаждения двигателя с жидкостью способствует более быстрому набору рабочей температуру при запуске. Также моторы с антифризами работают существенно тише и подвержены меньшей детонации.

Элементы системы охлаждения

Рассмотрим подробнее, как работает система охлаждения двигателя на современных авто. Существенных различий между бензиновыми и дизельными моторами в этом плане нет.

В качестве «рубашки» для охлаждения мотора выступают конструкционные полости блока цилиндров. Они располагаются вокруг зон, из которых требуется отводить тепло. Для более быстрого отвода установлен радиатор, состоящий из изогнутых медных или алюминиевых трубок. Большое количество дополнительных ребер ускоряют процесс теплообмена. Такие ребра повышают охлаждающую плоскость.

Перед радиатором ставится нагнетающий воздух вентилятор. Приток более холодных потоков начинается после замыкания электромагнитной муфты. Она включается при достижении фиксированных температурных значений.

Работа термостата

Непрерывность циркуляции охлаждающей жидкости обеспечивается работой центробежного насоса. Ременная или шестеренчатая передача для него получает вращение от силовой установки.

Регулировкой направлений потоков занимается термостат.

Если температура охлаждающей жидкости не высокая, то циркуляция проходит по малому кругу, без включения в него радиатора. Если же допустимый тепловой режим превышен, то термостат пускает поток по большому кругу с участием радиатора.

Для закрытых гидравлических систем свойственно использование расширительных баков. Такой бачок предусмотрен и в СО автомобиля.

Циркуляция охлаждающей жидкости

Прогрев салона выполняется с помощью радиатора отопителя. Теплый воздух в данном случае не уходит в атмосферу, а запускается внутрь авто, создавая комфорт водителю и пассажирам в холодное время года. Для большей эффективности такой элемент устанавливается практически на выходе жидкости от блока цилиндров.

Водитель получает информацию о состоянии системы охлаждения с помощью температурного датчика. Сигналы также идут на блок управления. Он может самостоятельно подключать или выключать исполнительные приборы для соблюдения баланса в системе.

Работа системы

В качестве охлаждающих жидкостей применяются антифризы с множеством присадок, в том числе и антикоррозионными. Они помогают увеличить долговечность узлов и деталей, используемых в СО. Такую жидкость принудительно прокачивается по системе центробежным насосом. Начинается движение от блока цилиндров, наиболее горячей точки.

Вначале происходит движение по малому кругу с закрытым термостатом без захода в радиатор, ведь еще не набрана даже рабочая температура для мотора. После выхода в рабочий режим циркуляция происходит по большому кругу, где радиатор может охлаждаться встречным потоком или с помощью подключаемого вентилятора. После этого жидкость возвращается в «рубашку» вокруг блока цилиндров.

Есть автомобили с использованием двух контуров охлаждения.

Первый понижает температуру мотора, а второй заботиться о надувочном воздухе, охлаждая его для образования топливной смеси.

Сегодня из нашей постоянной рубрики «Как это работает » Вы узнаете устройство и принцип работы системы охлаждения двигателя , для чего нужен термостат и радиатор , а так же почему не получила широкого распространения воздушная система охлаждения .

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания осуществляет отвод теплоты от деталей двигателя и передачу её в окружающую среду. Кроме основной функции система выполняет ряд второстепенных: охлаждение масла в системе смазки; нагрев воздуха в системе отопления и кондиционирования; охлаждение отработавших газов и др.

При сгорании рабочей смеси, температура в цилиндре может достигать 2500°С, в то время как рабочая температура ДВС составляет 80-90°С. Именно для поддержания оптимального температурного режима существует система охлаждения, которая может быть следующих типов, в зависимости от теплоносителя: жидкостная, воздушная и комбинированная . Следует отметить, что жидкостная система в чистом виде уже практически не используется , так как не способна длительное время поддерживать работу современных двигателей в оптимальном тепловом режиме.

Комбинированная система охлаждения двигателя:

В комбинированной системе охлаждения в качестве охлаждающей жидкости часто используется вода , так как имеет высокую удельную теплоемкость, доступность и безвредность для организма. Однако вода имеет ряд существенных недостатков: образование накипи и замерзание при отрицательных температурах . В зимнее время года в систему охлаждения необходимо заливать низкозамерзающие жидкости — антифризы (водные растворы этиленгликоля, смеси воды со спиртом или с глицерином, с добавками углеводородов и др.).


Рассматриваемая система охлаждения состоит из: жидкостного насоса, радиатора, термостата, расширительного бачка, рубашки охлаждения цилиндров и головок, вентилятора, датчика температуры и подводящих шлангов.

Стоит оговорить, что охлаждение двигателя принудительное, а значит в нём поддерживается избыточное давление (до 100 кПа), вследствие чего температура кипения охлаждающей жидкости повышается до 120°С .

При запуске холодного двигателя происходит его постепенный нагрев. Первое время охлаждающая жидкость, под действием жидкостного насоса, циркулирует по малому кругу , то есть в полостях между стенками цилиндров и стенками двигателя (рубашка охлаждения), не попадая в радиатор. Это ограничение необходимо для быстрого введения двигателя в эффективный тепловой режим. Когда температура двигателя превышает оптимальные значения, охлаждающая жидкость начинает циркулировать через радиатор, где активно охлаждается (называют большим кругом циркуляции ).

Устройство и принцип работы:

ЖИДКОСТНОЙ НАСОС . Насос обеспечивает принудительную циркуляцию жидкости в системе охлаждения двигателя. Чаще всего применяют лопастные насосы центробежного типа.

Вал 6 насоса установлен в крышке 4 с использованием подшипника 5. На конце вала напрессована литая чугунная крыльчатка 1. При вращении вала насоса охлаждающая жидкость через патрубок 7 поступает к центру крыльчатки, захватывается ее лопастями, отбрасывается к корпусу 2 насоса под действием центробежной силы и через окно 3 в корпусе направляется в рубашку охлаждения блока цилиндров двигателя.

РАДИАТОР обеспечивает отвод теплоты охлаждающей жидкости в окружающую среду. Радиатор состоит из верхнего и нижнего бачков и сердцевины. Его крепят на автомобиле на резиновых подушках с пружинами.

Наиболее распространены трубчатые и пластинчатые радиаторы. У первых сердцевина образована несколькими рядами латунных трубок, пропущенных через горизонтальные пластины, увеличивающие поверхность охлаждения и придающие радиатору жесткость. У вторых сердцевина состоит из одного ряда плоских латунных трубок, каждая из которых изготовлена из спаянных между собой по краям гофрированных пластин. Верхний бачок имеет заливную горловину и пароотводную трубку. Горловина радиатора герметически закрывается пробкой, имеющей два клапана: паровой для снижения давления при закипании жидкости, который открывается при избыточном давлении свыше 40 кПа (0,4 кгс/см2), и воздушный, пропускающий воздух в систему при снижении давления вследствие охлаждения жидкости и этим предохраняющий трубки радиатора от сплющивания атмосферным давлением. Используются и алюминиевые радиаторы : они дешевле и легче, но теплообменные свойства и надёжность ниже .

Охлаждающая жидкость «бегая» по трубкам радиатора, охлаждается при движении встречным потоком воздуха.

ВЕНТИЛЯТОР усиливает поток воздуха через сердцевину радиатора. Ступицу вентилятора крепят на валу жидкостного насоса. Они вместе приводятся во вращение от шкива коленчатого вала ремнями. Вентилятор заключен в установленный на рамке радиатора кожух, что способствует увеличению скорости потока воздуха, проходящего через радиатор. Чаще всего применяют четырех- и шестилопастные вентиляторы.

ДАТЧИК температуры охлаждающей жидкости относится к элементам управления и предназначен для установления значения контролируемого параметра и дельнейшего его преобразования в электрический импульс. Электронный блок управления получает данный импульс и посылает определенные сигналы исполнительным устройствам. При помощи датчика охлаждающей жидкости компьютер определяет количество топлива, требуемое для нормальной работы ДВС. Также, основываясь на показаниях датчика температуры охлаждающей жидкости блок управления, формирует команду включения вентилятора.

Воздушная система охлаждения:

В воздушной системе охлаждения отвод теплоты от стенок камер сгорания и цилиндров двигателя осуществляется принудительно потоком воздуха, создаваемым мощным вентилятором. Эта система охлаждения является самой простой , так как не требует сложных деталей и систем управления. Интенсивность воздушного охлаждения двигателей существенно зависит от организации направления потока воздуха и расположения вентилятора.

В рядных двигателях вентиляторы располагают спереди, сбоку или объединяют с маховиком, а в V- образных — обычно в развале между цилиндрами. В зависимости от расположения вентилятора цилиндры охлаждаются воздухом, который нагнетается или просасывается через систему охлаждения.

Оптимальным температурным режимом двигателя с воздушным охлаждением считается такой, при котором температура масла в смазочной системе двигателя составляет 70… 110°С на всех режимах работы двигателя. Это возможно при условии, что с охлаждающим воздухом рассеивается в окружающую среду до 35 % теплоты, которая выделяется при сгорании топлива в цилиндрах двигателя.

Воздушная система охлаждения уменьшает время прогрева двигателя, обеспечивает стабильный отвод теплоты от стенок камер сгорания и цилиндров двигателя, более надежна и удобна в эксплуатации, проста в обслуживании, более технологична при заднем расположении двигателя, переохлаждение двигателя маловероятно . Однако воздушная система охлаждения увеличивает габаритные размеры двигателя , создает повышенный шум при работе двигателя, сложнее в производстве и требует применения более качественных горюче-смазочных материалов. Теплоёмкость воздуха мала , что не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные мощные силовые установки.

Первый серийный автомобиль был выпущен компанией «Форд» в начале XX века. Он носил гордую приставку «T» и представлял собой ещё одну веху в развитии человечества. До этого автомобили были уделом горстки энтузиастов, которые устраивали перегоны, и время от времени ездили на послеобеденные променады.

Генри Форд устроил настоящую революцию. Он поставил автомобили на конвейер, и вскоре его машины заполнили собой все дороги Америки. Мало того, заводы были открыты и в Советском Союзе.

Главная парадигма Генри Форда была крайне проста: «Автомобиль может иметь любой цвет, если он чёрный». Подобный подход дал возможность каждому человеку иметь собственную машину. Оптимизация затрат и увеличение масштабов производства позволили сделать цену по-настоящему доступной.

С тех пор прошло много времени. Автомобили беспрестанно эволюционировали. Больше всего изменений и дополнений пришлось на двигатель. Особую роль в этом процессе сыграла система охлаждения. Она совершенствовалась год за годом, позволяя продлить ресурс мотора и избежать перегрева.

История системы охлаждения двигателя

Стоит признать, что система охлаждения двигателя всегда была в автомобилях, правда, её конструкция с годами кардинально менялась. Если смотреть исключительно в сегодняшний день, то в большинстве автомобилей установлен жидкостный тип. К его основным преимуществам можно причислить компактность и высокую производительность. Но так было далеко не всегда.

Первые системы охлаждения двигателей были крайне ненадёжными. Пожалуй, если вы напряжёте память, то вспомните фильмы, в которых события происходят в конце XIX и в начала XX века. В то время машина на обочине с дымящимся двигателем была обычным явлением.

Внимание! Изначально основной причиной перегрева двигателя н было использование в качестве охлаждающей жидкости воды.

Вы как автомобилист должны знать, что в современных автомобилях в качестве ресурса для системы охлаждения используется антифриз. Его аналог даже был в Советском Союзе, только назывался он тосолом.

В принципе, это одно и то же вещество. В его основе лежит спирт, но из-за дополнительных присадок эффективность антифриза кардинально выше. К примеру, тосол в системе охлаждения двигателя покрывает защитной плёнкой абсолютно всё, что крайне негативно сказывается на теплоотдаче. Из-за этого ресурс мотора сокращается.

Антифриз действует совершенно по-другому. Он покрывает защитной плёнкой только проблемные места. Также среди отличий можно вспомнить дополнительные присадки, которые есть в антифризе, разную температуру закипания и так далее. В любом случае наиболее показательным будет сравнение с водой.

Вода закипает при температуре в 100 градусов. Температура кипения антифриза составляет порядка 110—115 градусов. Естественно, благодаря этому случаи закипания двигателя практически исчезли.

Стоит признать, что конструкторами было проведено множество опытов, направленных на то, чтобы модернизировать систему охлаждения двигателя. Достаточно вспомнить исключительно воздушное охлаждение. Такие системы довольно активно применялись в 50—70 годах прошлого века. Но из-за низкой эффективности и громоздкости довольно быстро вышли из употребления.

В качестве успешных примеров автомобилей с воздушными системами охлаждения двигателей можно вспомнить:

  • Fiat 500,
  • Citroën 2CV,
  • Фольксваген Жук.

В Советском Союзе также были автомобили, работающие при помощи воздушной системы охлаждения двигателя. Пожалуй, каждый автомобилист, родившийся в СССР, помнит легендарных «запорожцев», у которых двигатель был установлен сзади.

Как работает жидкостная система охлаждения двигателя

Схема жидкостной системы охлаждения не представляет собой что-либо сверхсложное. Мало того, все конструкции, вне зависимости от того, какие компании занимались их производством, похожи между собой.

Устройство

Перед тем как перейти к рассмотрению принципа работы системы охлаждения двигателя, необходимо изучить основные элементы конструкции. Это позволит вам точно представить, как всё происходит внутри устройства. Вот главные детали узла:

  • Рубашка охлаждения. Это небольшие полости, заполненные антифризом. Они находятся в тех местах, где в наибольшей степени необходимо охлаждение.
  • Радиатор рассеивает тепло в атмосферу. Обычно его ячейки делаются из комбинации сплавов, чтобы добиться наибольшей эффективности. Конструкция не только должна эффективно снижать температуру жидкости, но и быть прочной. Ведь даже маленький камешек может стать причиной пробоины. Сама система состоит из комбинации трубочек и рёбер.
  • Вентилятор крепится сзади радиатора так, чтобы не мешать встречному потоку воздуха. Он работает при помощи электромагнитной или же гидравлической муфты.
  • Термодатчик фиксирует текущее состояние антифриза в системе охлаждения двигателя и при необходимости пускает его по большому кругу. Это устройство устанавливается между патрубком и рубашкой охлаждения. По факту данный элемент конструкции представляет собой клапан, который может быть как биметаллическим, так и электронным.
  • Помпа — это центробежный насос. Его главная задача обеспечить беспрерывную циркуляцию вещества в системе. Устройство работает при помощи ремня или шестерни. Некоторые модели моторов могут иметь сразу два насоса.
  • Радиатор отопительной системы. По своим размерам немного уступает аналогичному устройству для всей системы охлаждения. К тому же он находится внутри салона. Его главная задача передавать тепло в машину.

Конечно же, это не все элементы системы охлаждения двигателя есть ещё патрубки, трубки и множество мелких деталей. Но для общего понимания работы всей системы такого перечня вполне достаточно.

Принцип работы

В системе охлаждения двигателя есть внутренний и внешний круг. По первому охлаждающая жидкость циркулирует пока температура антифриза не дойдёт до определённой черты. Обычно это 80 или 90 градусов. Каждый производитель выставляет свои ограничения.

Как только, порог предельной температуры преодолён — жидкость начинает циркулировать по второму кругу. В таком случае она проходит через специальные биметаллические ячейки, в которых охлаждается. Проще говоря, антифриз попадает в радиатор, где быстро остывает при помощи встречного потока воздуха.

Такая система охлаждения двигателя довольно эффективна, так как позволяет работать автомобилю даже на предельных скоростях. К тому же большую роль в охлаждении играет встречный поток воздуха.

Внимание! Система охлаждения двигателя отвечает за работу печки.

Чтобы лучше объяснить принцип работы современных систем охлаждения двигателя углубимся немного в конструкционные особенности схемы. Как вы знаете, основным элементом двигателя являются цилиндры. В них во время поездки постоянно движутся поршни.

Если в качестве примера взять бензиновый двигатель, то во время сжатия свеча запускает искру. Она воспламеняет смесь, что приводит к небольшому взрыву. Естественно, что температура в это время достигает нескольких тысяч градусов.

Чтобы не было перегрева и существует жидкостная рубашка вокруг цилиндров. Она забирает часть тепла и впоследствии отдаёт её. Антифриз в системе охлаждения двигателя постоянно циркулирует.

Как использование разных охлаждающих жидкостей влияет на систему охлаждения

Как уже было сказано выше, ранее в системах охлаждения использовалась обычная вода. Но подобное решение нельзя было назвать крайне удачным. Кроме того, что двигатели постоянно закипали, был ещё один побочный эффект, а именно, накипь. В больших количествах она парализовала работу устройства.

Причина образования накипи кроется в химической структуре воды. Дело в том, что вода на практике не может обладать стопроцентной чистотой. Единственный способ добиться полного исключения всех посторонних элементов — это дистилляция.

Антифризы, циркулируя внутри системы охлаждения двигателя, не создают накипи. К сожалению, процесс постоянной эксплуатации не проходит для них бесследно. Под действием высоких температур вещества поддаются разложению. Результатом данного процесса является образование продуктов распада в виде налёта коррозии и органики.

Довольно часто к охлаждающей жидкости, циркулирующей внутри системы, попадают посторонние субстанции. Как результат эффективность работы всей системы значительно ухудшается.

Внимание! Самый большой вред наносит герметик. Частички этого вещества при заделке пробоин попадают внутрь, смешиваясь с охлаждающей жидкостью.

Результатом всех этих процессов является то, что внутри системы охлаждения двигателя образуются разнообразные налёты. Они ухудшают теплопроводность. В худшем случае в трубах образовываются засоры. Это, в свою очередь, приводит к перегреву.

Частые неисправности системы

Безусловно, жидкостные системы охлаждения обладают множеством преимуществ, в сравнении со своими ближайшими аналогами. Но даже они иногда выходят из строя. Чаще всего в конструкции образовывается течь, которая приводит к утечке жидкости и ухудшению работы двигателя.

Течь в системе охлаждения двигателя может возникнуть по таким причинам:

  1. Вследствие сильных морозов жидкость внутри замерзла, и конструкция была повреждена.
  2. Частой причиной образования течи является негерметичность соединения шлангов с патрубками.
  3. Высокая закоксованность также может стать причиной утечки.
  4. Потеря эластичности в результате высоких температур.
  5. Механическое повреждение.

Именно последняя причина, если верить статистике чаще всего вызывает течи в системах охлаждения двигателей. Больше всего ударов приходится в область радиатора. Печка также довольно часто страдает.

Также в системе охлаждения двигателя нередко выходит из строя термостат. Это происходит из-за постоянного контакта с охлаждающей жидкостью. В результате образуется коррозийный слой.

Итоги

Устройство системы охлаждения двигателя может показаться не особенно сложным. Но для его создания понадобились годы экспериментов и тысячи неудачных попыток. Но сейчас каждый автомобиль может работать на пределе возможного благодаря качественному отводу тепла от мотора.

Виды охлаждения двигателей мотоциклов

Принцип охлаждения двигателей мотоциклов по этой схеме такой же, как и у автомобилей. В качестве теплоносителя выступает охлаждающая жидкость — антифриз. Антифриз одновременно оказывает антикоррозионное и смазывающее действие. Воду в системе охлаждения используют только в случае возникновения неисправности и острой необходимости продолжить движение при отсутствии охлаждающей жидкости. При этом в воде не должно быть примесей, и ее необходимо заменить на рекомендованную охлаждающую жидкость в кратчайшие сроки.

Охлаждающая жидкость прокачивается насосом через каналы в стенках цилиндров и головках цилиндров двигателя, забирает от них тепло и отдаёт его радиатору. Между пластин радиатора проходит набегающий поток холодного воздуха и охлаждает радиатор.

Один из важнейших элементов системы — термостат. Он делит систему охлаждения на два контура – малый и большой. Когда двигатель холодный, клапан термостата закрыт. Циркулирующая при этом охлаждающая жидкость движется по малому контуру. Это позволяет отсечь большой объем охлаждающей жидкости, обеспечивая более быстрый прогрев двигателя. При температуре приблизительно 90° клапан открывается, обеспечивая циркуляцию жидкости по большому контуру и более эффективное охлаждение двигателя.

На радиаторе, как правило, устанавливается вентилятор с электроприводом. Он включается при повышении температуры охлаждающей жидкости. Например, когда мотоцикл движется с низкой скоростью, когда набегающего потока воздуха недостаточно.

Достоинства

  • Позволяет уменьшить тепловые зазоры и получить более высокую удельную мощность.
  • Необходимо реже менять масло и фильтры, чем в случае с воздушным охлаждением.
  • Обеспечивает более высокий ресурс двигателя.
  • Более легкий запуск двигателя при низких температурах охлаждающей жидкости.

Недостатки

  • Жидкостная система охлаждения состоит из большего количества деталей, поэтому вероятность её поломки выше.
  • Жидкостное охлаждение утяжеляет мотоцикл по сравнению с воздушным.
  • Жидкостная система дороже воздушной, что повышает стоимость мотоцикла.
  • Жидкостную систему необходимо периодически обслуживать.

Конспект урока по предмету профильный труд (технология) тема «Система охлаждения ДВС. Способы устранения неисправностей. Техническое обслуживание» одиннадцатый класс

Агеенко Максим Павлович https://agmax3.wixsite.com/ageenkomp

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

«Специальная (коррекционная) школа-интернат обучающихся с ограниченными возможностями здоровья и интеллектуальными нарушениями»

Муниципального образования «Мирнинский район» РС (Я)

Конспект урока

по предмету профильный труд (технология)

тема «Система охлаждения ДВС. Способы устранения неисправностей. Техническое обслуживание»

одиннадцатый класс

Мастер производственного обучения

Агеенко Максим Павлович

2020 год

Конспект урока по предмету профильный труд (технология)

тема «Система охлаждения ДВС. Способы устранения неисправностей.

Техническое обслуживание»

одиннадцатый класс

Цель: познакомить учащихся со способами устранения неисправностей и техническим обслуживанием системы охлаждения ДВС. Научить устранять неисправности системы охлаждения ДВС. Формировать технологические знания и умения в процессе изучения и практических действий. Воспитать аккуратность, точность, дисциплину и культуру труда.

Тип урока: комбинированный (освоение новых знаний, обобщение и систематизация изученного, контроль и коррекция технологических знаний и умений).

Методы обучения: устный опрос; рассказ; демонстрация наглядных пособий; показ приёмов работы; упражнения учащихся; работа с учебником; практическая работа.

Материально-техническое обеспечение: оборудование учебной мастерской; учебные плакаты; технологические и операционные карты; комплект инструментов для ремонта; учебник, справочный методический материал.

Оформление доски: Тема урока. Плакаты «Система охлаждения ДВС».

Ход урока

I. Организационно-подготовительная часть.

— Приветствие учителя

— Контроль посещаемости

— Проверка готовности учащихся к уроку

— Сообщение темы и целей урока.

II. Теоретическая часть.

1. Повторение пройденного материала

Вопросы.

Перечислите основные признаки и причины неисправностей системы охлаждения.

2. Изложение нового материла

План рассказа:

— способы устранения неисправностей системы охлаждения;

— техническое обслуживание системы охлаждения.

Способы устранения неисправностей системы охлаждения. При понижении уровня охлаждающей жидкости в результате испарения в систему охлаждения доливают чистую воду. При понижении уровня из-за утечек в систему доливают охлаждающую жидкость того же состава.

Негерметичность соединений шлангов и фланцев патрубков устраняется подтяжкой их креплений — хомутов и резьбовых деталей. Поврежденные шланги и негерметичные пробки и краники заменяют на новые.

Для снятия неисправного жидкостного насоса сливают охлаждающую жидкость, ослабляют натяжение ремня вентилятора и снимают его, отсоединив резиновый шланг. Затем осторожно, стараясь не повредить прокладку, снимают жидкостный насос.

При необходимости (провисание, замасливание, выхода из строя ремня привода) натягивают или меняют ремень привода водяного насоса.

При заедании жалюзи снимают трос вместе с оболочкой, промывают их в керосине или дизельном топливе, смазывают и устанавливают на место.

При незначительной накипи полости охлаждения двигателя и радиатора промывают водой, а при значительном отложении накипи — моющим раствором. Полости охлаждения двигателя и радиатора промывают раздельно, чтобы ржавчина из жидкостных полостей не попала в радиатор.

Перед промывкой радиатор отсоединяют от двигателя, снимают термостат и открывают или вывертывают сливные краники. Струю воды под давлением 0,15…0,20 МПа подают раздельно в рубашку охлаждения и радиатор в направлении, обратном направлению движения жидкости при работе двигателя. Промывают систему охлаждения до тех пор, пока выходящая вода не станет совершенно чистой. Для улучшения качества и ускорения процесса промывки одновременно с водой для ее вспенивания можно подавать воздух под давлением не более 0,1 МПа.

При промывке системы охлаждения следует соблюдать осторожность.

Техническое обслуживание системы охлаждения.

ТО

Работы

ЕО

Проверяют уровень охлаждающей жидкости и отсутствие ее подтекания. При необходимости доливают жидкость или чистую воду. В условиях безгаражного хранения автомобилей при использовании в системе охлаждения воды в холодное время года после окончания работы воду сливают.

ТО-1

Проверяют герметичность соединений и при необходимости устраняют негерметичность, проверяют состояние и натяжение приводных ремней и при необходимости регулируют их натяжение.

ТО-2

Проверяют:

— крепление и при необходимости закрепляют радиатор, жалюзи, ступицу шкива и крыльчатку вентилятора;

— действие жалюзи и паровоздушного клапана пробки радиатора;

— проверяют осевое перемещение вала жидкостного насоса и радиальный зазор в его подшипниках, для чего, взявшись за ступицу вентилятора, ее слегка покачивают в продольном и радиальном направлениях. Осевое перемещение вала и радиальный зазор не допускаются.

СО

Систему охлаждения промывают. При подготовке к зимнему сезону проверяют состояние и надежность крепления утеплительного чехла.

Физминутка: Разминка шейного отдела, дыхательная гимнастика, пальчиковые упражнения.

III. Закрепление изученного на уроке.

Работа в тетрадях.

Заголовок — Система охлаждения ДВС. Способы устранения неисправностей. Техническое обслуживание.

Закончить таблицу (графа — Способ устранения).

Признак

Способ выявления

(причина)

Способ устранения

Зарисовать: Таблицу «Техническое обслуживание системы охлаждения.

IV. Итоговая часть

1. Установка на следующий урок.

2. Выставление оценок.

3. Уборка рабочих мест и приведение учащихся в порядок.

Агеенко Максим Павлович https://agmax3.wixsite.com/ageenkomp

Неисправности системы охлаждения. Способы устранения.

В процессе работы двигатель и его элементы подвергаются сильнейшему нагреву, что не удивительно, ведь принцип работы ДВС основан на взрывном сгорании топлива. Во избежание перегрева, в автомобиле предусмотрена система охлаждения, которая может варьироваться по принципу действия на:

1.       Жидкостную (представляет собой замкнутую систему, позволяющую отводить тепло от различных узлов и механизмов посредством циркуляции жидкости)

2.       Воздушную (система открытого типа, основанная на охлаждении воздухом)

3.       Комбинированную (включает в себя как жидкостный, так и воздушный теплоотвод)

В настоящее время наибольше распространение получила жидкостная система, обладающая рядом преимуществ:

1.       Наибольшая эффективность

2.       Лучшая равномерность охлаждения

3.       Наименьший уровень шума

В целом, система охлаждения имеет гораздо больший перечень выполняемых функций:

1.       Улучшает прогрев двигателя

2.       Охлаждает масло в ДВС

3.       Охлаждение жидкости АКПП

4.       Отопление салона

5.       Охлаждение воздуха в системе турбонаддува

6.       Охлаждение выхлопа (в момент рециркуляции)

Не нужно разбираться в принципе и тонкостях работы системы охлаждения различных марок автомобилей, чтобы догадаться, что неполадки могут привести к серьезным последствиям. Не смотря на то, что неисправности в системе охлаждения не являются ограничениями для эксплуатации ТС, все же следует регулярно проводить её обслуживание, включающее проверку работоспособности узлов, промывку радиатора(Bardahl Cooling System Fast Flush), и, при необходимости, ремонт.

Существует несколько типичных для системы охлаждения «болячек».

1.       Течи.

Образуются они в результате перепадов температур (микротрещины), механического воздействия (непосредственно, удар), коррозии (особенно это касается алюминиевых радиаторов), закоксовывания патрубков, химического воздействия (это могут быть элементы, входящие в состав тосола).

Течи могут быть двух видов:

·         Наружная

·         Внутренние

Отличить очень просто – если под вашим авто после продолжительной стоянки обнаружится лужица охлаждающей жидкости, а её уровень падает – течь наружная. Если же в горловине расширительного бачка масляные пятна, а падает уровень масла – течь внутренняя.

В любом из вариантов единственно правильный путь в конечном итоге – это замена износившейся/поврежденной части системы охлаждения. Однако, ремонт, как правило, это дорого и долго. Тогда на помощь приходят присадки, которые уже довольно давно зарекомендовали свою эффективность. Это, во-первых, присадка для непосредственного устранения течи. Идеально, когда производитель гарантирует безопасность применения присадки для пластиковых, резиновых и алюминиевых частей системы, чтобы впоследствии величина ущерба не возрастала (например, Bardahl Cooling System Stop Leak, рекомендованная ведущими автопроизводителями). Во-вторых, это присадка для устранения масла из системы охлаждения, если течь внутренняя (Bardahl Cooling System OilRemover).

Конечно, Вы можете воспользоваться самым дешевым и быстрым способом – засыпать в антифриз обычный сухой порошок горчицы. Однако, будьте готовы к тому, что течь может так и остаться, а вот закупорка охлаждающих каналов, печек и трубок радиатора, с последующей тратой на внеплановую промывку – обеспечены.

2.       Заклинивание термостата.

Клапан термостата постоянно контактирует с рабочей жидкостью и подвержен коррозии. Рано или поздно, это приведет к его заклиниванию либо в положении «закрыто», либо в положении «открыто». Две крайности, одна из которых приводит к постоянному охлаждению (циркуляция охлаждающей жидкости по большому кругу через радиатор), другая приведет к перегреву (движение по малому кругу). Ни то ни другое не способствует, ни корректной работе охлаждающей системы, ни двигателя в целом.

3.       Поломка подшипника «помпы».

Скорее, неизбежность, возникающая вследствие износа или бракованной запчасти. Предупредить такую поломку невозможно, однако, если Вы «слушаете» свой автомобиль, то непременно заметите неприятный свистящий звук, сигнализирующий о необходимости скорейшей замены циркуляционного насоса.

4.       Засорение системы охлаждения.

В результате перегревов, а так же обычных режимов работы, происходит загрязнение каналов системы охлаждения отложениями солей, накипью, грязью и ржавчиной. Бесспорно, это приводит к нарушению отвода тепла и препятствует нормальному движению охлаждающей жидкости.

Решить проблему и предупредить её можно при помощи очищающих присадок (например, Bardahl Cooling System Fast Flush).

 

 

Неисправности системы охлаждения двигателя и способы их устранения


Система охлаждения контролирует нормальную работу двигателя, обеспечивая нужный температурный режим. При поломке нужно быстро устранить проблему, чтобы избежать причинения вреда автомобилю и его хозяину.  В статье поговорим про неисправности системы охлаждения двигателя, рассмотрим способы их устранения.

Чем опасна неисправность системы охлаждения
Работа системы охлаждения влияет на срок службы двигателя и деталей автомобиля. Система поддерживает оптимальный температурный режим, необходимый для предотвращения поломок узлов машины. Система охлаждения выполняет следующие функции:
  • поглощает лишнее тепло, предотвращая перегрев;
  • ускоряет запуск мотора;
  • поддерживает постоянную температуру.

При работе ДВС, в цилиндрах поддерживается постоянная температура 80–90 градусов. Иногда она поднимается до 200 градусов, что негативно отражается на цилиндрах и отдельных деталях. Длительное воздействие такой температуры вызывает повреждение узлов ДВС, зацикливание цилиндров и деформацию коробки передач.

Эксплуатация переохлажденного двигателя оказывает вред: увеличивается расход топлива, которое не остаётся на стенках цилиндра, вызывая коррозию металла. При постоянной эксплуатации переохлажденного ДВС возникает преждевременный износ узлов, так как смазки становится меньше, а трение деталей увеличивается.

Неисправности системы охлаждения

Причин неисправности этой части мотора, много. Условно их делят на 3 группы:

  • мотор перегревается;
  • двигатель недостаточно прогревается;
  • заметна утечка антифриза.

Первые 2 проблемы легко заметить с помощью приборов. Современные автомобили имеют термометры и сигнальную лампу, включающуюся во время сильного перегрева двигателя. Часто ломаются и сами приборы. В этом случае заметить проблему труднее. Разберём каждый пункт подробнее.

Перегрев
При перегреве система охлаждения всегда старается получить нужную температуру. Однако это приводит к возникновению неисправности. Причины перегрева двигателя:
  • Низкая компрессия — давление воздуха в камере сгорания при достижении такта сжатия становится маленьким.
  • Позднее зажигание двигателя.
  • Дефекты газораспределительного механизма – отсутствие регулировки зазоров в клапанах.

Важная деталь устройства системы охлаждения двигателя — термостат. Он отвечает за переключение и распределение потоков антифриза. Разберём подробнее принцип работы системы охлаждения двигателя. Сначала охлаждающая жидкость подается в нижнюю часть ДВС. После нагрева направляется в верхнюю часть радиатора. Охлаждаясь, она снова проходит этот цикл, начиная с нижней части мотора. За равномерную циркуляцию антифриза отвечает помпа.


Нужно отметить, что перегрев не зависит от электроники автомобиля. Никакие электронные блоки управления не влияют на увеличение температуры. Основное влияние на работу оказывает термостат. Существует 3 проблемы с этой частью:

  • Термостат всегда направляет жидкость при низкой температуре сразу в верхнюю часть радиатора. Тогда мотор плохо нагревается. Зимой добиться увеличения температуры становится сложнее.
  • Устройство совсем не направляет жидкость в радиатор. Тогда двигателю просто нечем охладиться, что вызывает сильный перегрев.
  • Работа термостата происходит по непонятному циклу. Сначала ДВС не может нагреться, а затем сильно перегревается.

При этом помпа не влияет на перегрев, так как крутится с одинаковой скоростью независимо от температуры. А вот вентилятор радиатора может остановиться, если двигатель не нагрелся. Запуск вентилятора происходит из-за датчика, который включается во время достижения рабочей температуры ДВС.

Как распознать перегрев и устранить его

Существует 3 причины, по которым можно заметить, что двигатель работает при высокой температуре.

  • Сначала ДВС не нагревается до рабочей температуры, а затем быстро перегревается. Тут проблема в термостате. Как только водитель заметил проблему, срочно нужно менять деталь.
  • При сильном разгоне двигатель работает на высоких температурах. При эксплуатации автомобиля без разгона температура остается рабочей. Возможно дело в радиаторе. Если он сильно забит, то его лучше поменять. При не сильном засорении можно попробовать промыть его.
  • Двигатель сразу работает при высокой температуре.

Разберём последний случай подробнее. Чаще всего термостат направляет охлаждающую жидкость в обход радиатора, а не в верхнюю часть. Естественно, она не понижает температуру. В этом случае 1 вариант — замена детали.

Также, если мотор сразу перегревается нужно посмотреть на количество антифриза. Если его мало, а водитель находится в пути, можно добавить дистиллированной воды. Существует слух, что этого делать нельзя. Это не так. По приезду домой нужно отремонтировать систему охлаждения, заменив всю жидкость антифризом.

Перегревание вызывается плохо отрегулированными клапанами ДВС или поздним зажиганием авто. Чтобы заметить это, достаточно прибавить газ. Если автомобиль начинает пошатывать, дело в клапанах.

Двигатель недостаточно прогревается
Причина неисправности системы охлаждения двигателя, при которой ДВС не достигает нужной температуры — поломка термостата. Из-за того, что устройство всегда открыто, жидкость перемещается только по большому кругу, а значит, мотор не набирает своей рабочей температуры.

Так случается из-за того, что в системе охлаждения скапливаются накипь и другие вещества.

Причины поломки:

  • Нерегулярная смена охлаждающей жидкости раз в 3–5 лет.
  • Смешивание различных охлаждающих веществ между собой.
  • Использование воды с большим количеством накипи.
  • Игнорирование необходимости промывки.

Чтобы проверить, что дело действительно в термостате, нужно завести мотор и дать ему поработать на холостых оборотах около 10 минут. Затем потрогать шланги, идущие к радиатору: верхний и нижний. В рабочем состоянии патрубки холодные. Для исправления дефекта следует заменить термостат.

Протечка охлаждающей жидкости
Система охлаждения состоит из нескольких узлов и соединительных патрубков. Охлаждающая жидкость нагревается по мере увеличения температуры ДВС, что приводит к тому, что вся система находится под давлением. Из-за небольших дефектов в деталях, жидкость под давлением может попасть в разные отверстия.

Причины и устранение неисправности:

  • Микротрещины в расширительном бачке или его крышке. Отверстия и течку сложно заметить. Рекомендуется сменить бачок или его крышку.
  • Дефекты патрубков и мест соединения. Заметить течку просто — нужно положить лист бумаги под машину и оставить его на стоянке. В случае появления пятен нужна диагностика патрубков и радиатора.
  • Нередко течь возникает из-за прокладки термостата или трещин корпуса. В этом случае их меняют.
  • Неисправность помпы. Из-за несвоевременной смены антифриза появляется коррозия на детали. Из-за этого жидкость плохо циркулирует и разбрызгивается по системе. Следует заменить водяной насос (помпу).
  • Утечка антифриза из печки радиатора. При этой проблеме в салоне появляется запах охлаждающей жидкости. Также она вытекает под передним пассажирским сиденьем.

Более точная диагностика позволит выявить точную причину протечки охлаждающей жидкости. Вовремя замеченная проблема поможет сохранить работоспособность ДВС.

Профилактика
Проблемы с мотором и его системой охлаждения выявляются в процессе техосмотра. Для самостоятельной диагностики водитель должен знать, как работает система охлаждения двигателя. Перед поездкой владелец авто может выполнить несколько простых операций, чтобы убедиться в исправности машины:
  • Визуальная проверка расширительного бачка на наличие протечек и микротрещин. Уровень антифриза должен быть между отметками max и min.
  • Если уровень жидкости близится к отметке min, то нужно долить жидкость фирмы, используемой ранее. Разрешается совместное использование дистиллированной воды (не более 0,5 литров).
  • Проверка уровня антифриза при разогретом ДВС. Нужно медленно открутить горячую крышку расширительного бачка. Если показатель жидкости после запуска опустился ниже отметки min, то имеется протечка.

При отсутствии этих причин можно сказать, что мотор находится в исправном состоянии. Если же водитель заметил перегрев или переохлаждение, рекомендуется обратиться на станцию для установки неисправности системы охлаждения двигателя.

Видео: Неисправности системы охлаждения двигателя


Вам также будет интересно почитать:

Судовые системы охлаждения — MirMarine

При сгорании топлива в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания лишь 38—42 % получаемой при этом теплоты превращается в полезную работу. Остальная теплота — это неизбежные тепловые потери. Примерно половина потерянного тепла уходит в атмосферу с продуктами сгорания топлива, остальная часть передается деталям, соприкасающимся с горячими газами. Если эти детали не охлаждать, то работа двигателя станет невозможной и он выйдет из строя. Невозможной станет и смазка двигателя, так как смазочное масло будет сгорать. Во избежание этого все детали и узлы двигателя, соприкасающиеся с горячими газами, необходимо охлаждать. Обязательному охлаждению подлежат цилиндры, крышки цилиндров и выпускной коллектор.

Для обеспечения непрерывной подачи воды (пресной или забортной) для охлаждения двигателей, механизмов или аппаратов и предназначена система охлаждения судовой энергетической установки. На судне эта система обеспечивает подачу охлаждающей жидкости не только к главным двигателям, но и к таким механизмам, аппаратам и устройствам, как подшипники валопроводов, холодильники масла, паро- и электрокомпрессоры, конденсатные насосы и др.

Для перемещения охлаждающей воды по трубопроводам к местам охлаждения необходимы насосы. Их включают в общую магистраль, от которой идут отростки, подводящие воду ко всем потребителям.

Системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания являются автономными, т. е. предусматривают наличие насосов пресной или забортной воды, которые обслуживают только данный двигатель.

Системы охлаждения двигателей делятся на открытые (одноконтурные) и закрытые (двухконтурные). Открытая система на морских судах почти не применяется. В этой системе охлаждение двигателя производится забортной водой, которая насосом прокачивается по всей системе охлаждения и отводится за борт. Систему открытого типа допустимо применять там, где температура нагрева выходящей из двигателя воды не превышает 55 °С. При большей температуре растворенные в воде соли становятся нерастворимыми и оседают на омываемых водой поверхностях в виде накипи, ухудшая условия теплоотдачи, а также засоряя проточные каналы и полости охлаждения, особенно в литых конструкциях головок и блоков цилиндров двигателей. Это нарушает нормальное протекание рабочего процесса в двигателе и может служить причиной аварии.

На рис. 3.58 изображена схема открытой системы охлаждения двигателя. Забортная вода при открытом кингстоне 10 поступает в теплый ящик забортной воды 9, снабженный фильтром. Кингстон открывается и закрывается рукояткой 5, выведенной на крышку ящика. При открытом приемном клапане 11 вода для охлаждения забирается насосом 12 и по трубе 13 подается к двигателю. Поступившая в полость охлаждения блока цилиндров 1 вода поднимается вверх и перетекает в крышки 2 цилиндров, откуда через патрубок 3 направляется в полость охлаждения выпускного коллектора 6. Из последнего она отводится за борт по трубе 7. Температура охлаждающей воды, прошедшей через каждый цилиндр, контролируется термометром 4 и регулируется клапаном 5 путем пропуска большего или меньшего количества воды, проходящей через него. Давление воды во время работы системы контролируется манометром 14.

В большинстве современных судовых дизелей применяется закрытая система охлаждения. В этой системе для охлаждения работающего двигателя используется пресная вода, непрерывно циркулирующая в замкнутой системе охлаждения, которая состоит из двух контуров: внутреннего и внешнего. Первый служит для охлаждения двигателя, второй — для охлаждения воды, циркулирующей во внутреннем контуре. Для охлаждения пресной воды устанавливают водо-водяной холодильник, через который прокачивается забортная вода.

На рис. 3.59 приведена схема закрытой системы охлаждения двигателя. Циркуляционным насосом 15 пресная вода по внутреннему контуру подается в блок цилиндров 1. Охладив крышку 2 цилиндра двигателя, вода по патрубку 3 поступает в полость охлаждения выпускного коллектора 5, а оттуда в термостат или в терморегулятор 7, который служит для автоматического регулирования температуры воды, прошедшей через двигатель. Если температура этой воды окажется выше требуемого значения, то термостат большую часть воды пропустит в холодильник 11, а меньшую — в трубу 16, Таким образом, в термостате постоянно происходит перераспределение двух потоков воды: подводимой к насосу 15 и вновь направляемой на охлаждение двигателя.

Температура воды контролируется термометром 6. В связи с высокой температурой воды, выходящей из двигателя, в отдельных точках внутренних полостей, заполненных водой, образуется некоторое количество пара. Пар отводится по трубе 4 в расширительный бак 5, являющийся компенсатором объема, в который по трубе 9 вытесняется избыточное количество расширившейся при нагревании воды. Благодаря этому предотвращается нарушение плотности соединений элементов системы.

Забортная вода через кингстон 13 и приемный клапан 14 забирается насосом 12 и прогоняется через холодильник, где охлаждает пресную воду внутреннего контура, после чего отводится за борт по трубе 10. Такая система охлаждения двигателей предохраняет полости охлаждения двигателя от отложения солей и уменьшает вероятность образования коррозии и электрохимической эрозии. Установленный на приемной ветви фильтр забортной воды предохраняет систему от попадания ила и песка.

В двигателях с высокой средней температурой цикла приходится применять охлаждение поршней путем подвода охлаждающей жидкости в их головки. В частности, это можно осуществить с помощью специального телескопического механизма. Как видно на рис. 3.60, охлаждающая жидкость подается в трубу 1 телескопического механизма поршня, далее переходит в подвижную трубу 5, укрепленную в поршне 4, а затем в полость 5 поршня и охлаждает его головку. Отвод жидкости можно произвести с помощью такого же телескопического механизма, расположенного с другой стороны поршня. Имеющийся на телескопической трубе сальник 2 не допускает пропуска охлаждающей жидкости в картер двигателя.

Литература

Судовые системы и трубопроводы — Овчинников И.Н., Овчинников Е.И. [1988]

Типы системы охлаждения в двигателе

Типы системы охлаждения в двигателе

В этой статье мы обсудим типов систем охлаждения В двигателе . В настоящее время для охлаждения двигателей внутреннего сгорания используются следующие две системы :

Необходимость системы охлаждения в двигателе

Всем двигателям внутреннего сгорания требуется система охлаждения, поскольку сгорание топлива происходит внутри самого двигателя. Все тепло, выделяемое при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, не преобразуется в полезную мощность на коленчатом валу.Только около 30% тепла преобразуется в механическую работу. Около 40% уходит через выхлоп. Остальные 30% бесполезно тратить тепло.

Видно, что количество тепла, отдаваемого стенкам цилиндра, является значительным, и если это тепло не отводится от цилиндров, это может привести к заклиниванию поршня, большому расходу топлива, преждевременному зажиганию и выгоранию смазки. и т. д.

Принимая во внимание вышеизложенные факты, следует отметить, что должны быть предусмотрены соответствующие средства для отвода этого избыточного тепла от стенок цилиндра, чтобы поддерживать температуру ниже определенных пределов.Поэтому способ отвода избыточного тепла от цилиндра двигателя называется системой охлаждения.

Типы системы охлаждения двигателя

Ниже приведены два типа систем охлаждения двигателей:

  1. Система воздушного охлаждения
  2. Система водяного охлаждения

Система воздушного охлаждения

Воздушная система охлаждения в малых двигателях скажем до 15-20 кВт. Пневматическая система используется в двигателях мотоциклов, мотороллеров, самолетов и др. стационарных установок.В странах с холодным климатом эта система используется и в автомобильных двигателях.

Тепло отводится непосредственно в атмосферный воздух за счет теплопроводности через стенки цилиндра. Чтобы увеличить скорость охлаждения, площадь наружной поверхности цилиндра и головки цилиндра увеличена за счет использования излучающих патрубков и фланцев. В более крупных агрегатах вентиляторов обеспечивают циркуляцию воздуха вокруг стенок цилиндров и головки цилиндров.

Преимущества системы с воздушным охлаждением

Ниже перечислены преимущества системы с воздушным охлаждением:

  • Система с воздушным охлаждением не имеет радиатора или насоса, поэтому система легкая.
  • В системе водяного охлаждения есть протечки, а в данном случае протечек нет.
  • Растворы охлаждающей жидкости и антифриза не требуются.
  • Эту систему можно использовать в холодном климате, где вода может замерзнуть.
Недостатки системы с воздушным охлаждением
  • Сравнительно менее эффективна.
  • Используется в двигателях самолетов и мотоциклов, где двигатели непосредственно контактируют с воздухом.

Система водяного охлаждения

Система водяного охлаждения используется в двигателях автомобилей , автобусов, грузовиков и т.д.В этой системе вода циркулирует через водяные рубашки вокруг каждой из камер сгорания, цилиндра, седел клапанов и стержней клапанов.

Вода постоянно приводится в движение центробежным водяным насосом, который приводится в движение клиновым ремнем от шкива коленчатого вала двигателя . После прохождения двигателя рубашки в блоке и ГБЦ.

Вода проходит через радиатор . В радиаторе вода охлаждается воздухом, продуваемым через радиатор вентилятором.Обычно вентилятор и водяной насос монтируются и приводятся в действие на общем валу. Пройдя через радиатор, вода сливается и подается к водяному насосу через входной канал цилиндра. Вода снова циркулировала по рубашкам двигателя.

Детали системы водяного охлаждения
  1. Радиатор.
  2. Клапан термостата.
  3. Водяной насос
  4. Вентилятор.
  5. Водяные рубашки.
  6. Смеси антифризов.
Типы систем водяного охлаждения

Система водяного охлаждения бывает следующих типов:

  1. Термосифонная система охлаждения.
  2. Система циркуляции рабочего колеса.
  3. Насос системы циркуляции.
  4. Герметичная система охлаждения.
1. Термосифонная система охлаждения

В этой системе используется естественная конвекция воды . т.е. горячая вода имеет меньшую плотность и поднимается вверх. Таким образом, горячая вода в водяной рубашке поднимается вверх и направляется в верхнюю часть радиатора, откуда проходит вниз и охлаждается и собирается в нижнем баке.

Из нижнего бачка снова идет на водяную рубашку блока цилиндров.Эта система естественной циркуляции используется в автомобилях очень старых моделей.

2. Система крыльчатки

Это улучшение по сравнению с термосифонной системой охлаждения . И он похож во всех отношениях, за исключением того, что у него есть небольшая крыльчатка, приводимая в движение самим двигателем, для увеличения скорости циркуляции воды.

3. Циркуляционный насос

Это современная схема водяного охлаждения, при которой вода эффективно циркулирует от блока цилиндров к радиатору и обратно с помощью центробежного насоса, приводимого в движение клиновым ремнем двигателя.

4. Напорная система

Это усовершенствование по сравнению с насосной циркуляционной системой охлаждения. В этой системе есть специальная крышка радиатора с подпружиненным нагнетательным клапаном и вакуумным клапаном.

Крышка газонепроницаемая, при прогреве двигателя образуется водяной пар, который не выходит наружу. Поэтому температура кипения воды в системе повышается, так что рабочая температура двигателя также повышается. Более высокая температура дает лучший тепловой КПД.

Напорный клапан открывается, когда давление в системе превышает определенное заданное значение клапана, скажем, 0,5 кг см². и позволяют пару выходить, тем самым избегая образования избыточного давления. Когда двигатель охлаждается, вакуумный клапан открывается и компенсирует потерю воды или воздуха.

Преимущества системы водяного охлаждения
  • Равномерное охлаждение цилиндра, головки цилиндра и клапанов.
  • Удельный расход топлива двигателя улучшается за счет использования системы водяного охлаждения.
  • Если мы используем систему водяного охлаждения, двигатель не нужно размещать в передней части движущегося транспортного средства.
  • Двигатель менее шумный по сравнению с двигателями с воздушным охлаждением, так как имеет воду для гашения шума.
Недостатки системы водяного охлаждения
  • Зависит от подачи воды.
  • Водяной насос, обеспечивающий циркуляцию воды, потребляет значительную мощность.
  • Если система водяного охлаждения выйдет из строя, это приведет к серьезному повреждению двигателя.
  • Система водяного охлаждения дороже, так как состоит из нескольких частей. Кроме того, он требует большего ухода за его частями.

См. также: Основные компоненты двигателя (названия и изображения деталей двигателя)

Разница между системой воздушного и водяного охлаждения

В [Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания] Следующий момент важен для сравнения воздушного система охлаждения и водяного охлаждения.

Система воздушного охлаждения
  1. Конструкция этой системы проста и менее затратна.
  2. Вес системы охлаждения (на л.с. двигателя) очень мал.
  3. Расход топлива (на л.с. двигателя) больше.
  4. Его установка и обслуживание очень просты и менее затратны.
  5. Нет опасности утечки или замерзания охлаждающей жидкости.
  6. Работает бесперебойно и непрерывно. При этом он не зависит ни от какого теплоносителя.
Система водяного охлаждения
  1. Конструкция этой системы сложнее и дороже.
  2. Масса системы охлаждения (на л.с. двигателя) в разы больше.
  3. Уменьшен расход топлива (на л.с. двигателя).
  4. Его установка и обслуживание сложнее и дороже.
  5. Существует опасность утечки или замерзания охлаждающей жидкости.
  6. Если система выйдет из строя, это может привести к серьезному повреждению двигателя в течение короткого времени.

Заключение

Вот и все, спасибо за прочтение. Теперь я надеюсь, что вы узнали о « Типы системы охлаждения в двигателе ».Если у вас есть какие-либо вопросы или сомнения по поводу этой статьи, вы можете задать их в комментариях. Если вам понравилась эта статья, то, пожалуйста, поделитесь ею с друзьями.

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать уведомления о новых публикациях. это бесплатно.

Загрузите PDF-файл этой статьи:

Подробнее:

Как работает система охлаждения автомобиля?

Чтобы объяснить, как работает система охлаждения, необходимо сначала объяснить, что она делает.Все очень просто — система охлаждения автомобиля охлаждает двигатель. Но охлаждение этого двигателя может показаться гигантской задачей, особенно если учесть, сколько тепла вырабатывает автомобильный двигатель.

Подумай об этом. Двигатель небольшого автомобиля, движущегося по шоссе со скоростью 50 миль в час, будет производить примерно 4000 взрывов в минуту. Наряду со всем трением движущихся частей, нужно сконцентрировать много тепла в одном месте. Без эффективной системы охлаждения двигатель нагревался и переставал работать в течение нескольких минут.

Современная система охлаждения должна охлаждать автомобиль при температуре окружающего воздуха 115 градусов, а также сохранять тепло зимой в -25 градусов.

Два типа крутости

В автомобилях существует два типа систем охлаждения: одна охлаждается жидкостью, а другая охлаждается воздухом. Двигатели с воздушным охлаждением почти ушли в прошлое и были торговой маркой старых Volkswagen Beetle, а также Chevy Corvair.

В новых мотоциклах используется воздушное охлаждение, но в автомобилях охлаждение двигателя воздухом применяется очень редко. Следовательно, в оставшейся части статьи мы будем иметь дело исключительно с системами жидкостного охлаждения.

Что происходит внутри…

Система жидкостного охлаждения работает за счет непрерывного пропускания жидкости через каналы в блоке цилиндров. При помощи водяного насоса охлаждающая жидкость проталкивается через блок цилиндров. Проходя через эти каналы, раствор поглощает тепло двигателя.

После выхода из двигателя эта нагретая жидкость направляется к радиатору, где охлаждается потоком воздуха, поступающим через решетку радиатора автомобиля. Жидкость будет охлаждаться при прохождении через радиатор, снова возвращаясь к двигателю, чтобы забрать больше тепла двигателя и унести его

Между двигателем и радиатором находится термостат. Термостат регулирует то, что происходит с жидкостью в зависимости от температуры. Если температура жидкости падает ниже определенного уровня, раствор минует радиатор и вместо этого направляется обратно в блок двигателя.

Охлаждающая жидкость будет продолжать циркулировать до тех пор, пока не достигнет определенной температуры и не откроет клапан на термостате, позволяя ей снова проходить через радиатор для охлаждения.

Из-за сильного перегрева двигателя кажется, что охлаждающая жидкость может легко достичь точки кипения. Тем не менее, система находится под давлением, чтобы предотвратить подобное происшествие. Когда система находится под давлением, охлаждающей жидкости намного труднее достичь точки кипения.

Однако иногда давление возрастает, и его необходимо сбросить, прежде чем оно разрушит шланг или прокладку. Крышка радиатора сбрасывает избыточное давление и жидкость, сохраняя ее в резервном бачке. После того, как жидкость в резервном баке остынет до приемлемой температуры, она возвращается в систему охлаждения для повторной циркуляции.

Убийственный охлаждающий агент: антифриз

Антифриз является составной частью системы охлаждения.Состоящий из этиленгликоля антифриз выдерживает температуру в десятки градусов ниже нуля, при этом без закипания выдерживает температуру двигателя, превышающую 250 градусов.

Для большинства климатических условий смесь 50 % антифриза и 50 % воды является лучшей охлаждающей жидкостью. Если температура намного ниже нуля, лучше всего подойдет смесь из 75% антифриза и 25% воды, но такой процент концентрации является исключением, а не нормой.

Также важно отметить, что антифриз очень ядовит как для животных, так и для людей.Очень важно держать его подальше от животных, потому что их привлекает сладкий вкус жидкости, и они охотно ее пьют. При попадании в организм этиленгликоль образует кристаллы оксалата кальция, которые могут вызвать почечную недостаточность с последующей смертью.

Так что, не пытаясь звучать как голос мрака и обреченности, пожалуйста, будьте осторожны с антифризом и немедленно вытирайте любые капли или капли.

Систему охлаждения можно обслуживать, полностью сливая старую охлаждающую жидкость и заменяя ее свежим раствором.Промывка под давлением, которую должны выполнять профессионалы, удалит водную накипь вместе с остатками старой охлаждающей жидкости или осадка.

Когда система полностью промывается в одном направлении, механик часто дает ей обратную промывку, идущую в направлении, противоположном нормальному потоку жидкости. После того, как обратная промывка отработала, устанавливается новый термостат, и система снова заполняется свежим охлаждающим раствором.

Заправленная, очищенная от накипи и очищенная система снова готова к работе по охлаждению двигателя.

Система охлаждения двигателя — Типы и их работа

Вы, должно быть, замечали тепло, исходящее от двигателя, когда ездили на мотоцикле или наблюдали за тяжелым/большим дизельным двигателем. Откуда берется это тепло? Тепло выделяется в цилиндрах во время рабочего такта двигателя. В то время как большая часть этого тепла уходит из цилиндра в виде горячих выхлопных газов; некоторые ускользают за счет проводимости через его стенки.

В то время как большинство металлов проводят это тепло для последующего излучения наружу в атмосферу; но есть только предел, до которого металл может излучать тепло в зависимости от площади его поверхности.Если тепла, излучаемого снаружи цилиндра, намного меньше, чем то, что осталось внутри; двигатель может перегреться.

Длительный перегрев может привести к неравномерному тепловому расширению деталей двигателя, коррозии и термическому напряжению. Таким образом, система охлаждения двигателя установлена ​​в двигателе внутреннего сгорания для обеспечения эффективной работы двигателя. Двигатель может охлаждаться воздухом или водой и соответственно называется системой воздушного и водяного охлаждения.

Система с воздушным охлаждением может либо использовать систему принудительного охлаждения, либо максимизировать естественный теплообмен за счет увеличения площади поверхности.С другой стороны, система с водяным/жидкостным охлаждением может использовать радиатор или специальный теплообменник в системе с замкнутым контуром. Независимо от метода, их основная задача заключается в поддержании температуры двигателя под контролем.

Высокая температура двигателя вызывает не только деформацию, деформацию, термическое напряжение и заклинивание поршня; но также снижает объемный КПД двигателя с высоким риском расплавления деталей цилиндра.

Различные типы систем охлаждения двигателя

Основная работа системы охлаждения заключается в уменьшении избыточного тепла, выделяемого в цилиндре.Это не должно уменьшать отработанное тепло намного меньше или больше; в противном случае приводит к отрицательному влиянию на работу двигателя. Таким образом, установить систему охлаждения двигателя, которая может снизить избыточное отработанное тепло до 30%, является эмпирическим правилом. Таким образом, разные типы систем охлаждения устанавливаются на разных двигателях, которые могут удовлетворить требования 30%. Изображение представляет двигатель с воздушным охлаждением с увеличенной площадью поверхности в виде ребер.

1 ) Двигатель с воздушным охлаждением

Небольшие двигатели с относительно меньшей выходной мощностью по сравнению с тяжелыми двигателями, как правило, имеют двигатели с воздушным охлаждением.Они обычно используются в мотоциклах, небольших тракторах, скутерах, очень маленьких двигателях и винтовых самолетах. Эти двигатели относительно дешевле, проще в конструкции и имеют малый вес.

Прежде всего, они требуют гораздо меньше обслуживания или контроля и не подвержены влиянию перепадов температур и отрицательных температур. Фактически, эти двигатели предпочтительнее других в арктическом регионе из-за нехватки воды и минусовой температуры.

Система охлаждения двигателя с воздушным охлаждением работает по простому принципу влияния скорости воздуха и площади поверхности на теплообмен между двумя средами или телами.Когда два тела или среда твердая или жидкая находятся в контакте, тепло передается от среды с высокой температурой к среде с низкой температурой.

Тепло сначала передается от цилиндра к его стенкам, а затем отводится воздухом путем естественной конвекции. Стенки цилиндра нагревают окружающий воздух; горячий воздух имеет тенденцию подниматься вверх, освобождая место для холодного воздуха, чтобы заполнить его место и продолжить процесс.

Таким образом, благодаря процессу естественной конвекции система охлаждения двигателя с воздушным охлаждением работает, чтобы уменьшить большую часть отходящего тепла за счет конвекции; в то время как некоторым удается сбежать в процессе радиации.Но все же даже самому маленькому двигателю мотоцикла недостаточно для обеспечения эффективного охлаждения в течение длительного времени.

Для эффективного охлаждения он должен успешно отводить тепло с большей скоростью. Таким образом, для достижения более высокой эффективности охлаждения того же двигателя используется метод принудительной конвекции. При этом на вал двигателя устанавливается дополнительный вентилятор, обеспечивающий дополнительный приток воздуха.

Другое Эффективный метод

Хотя относительно легко установить дополнительный вентилятор на вал двигателя, чтобы обеспечить больше охлаждающего воздуха для ускорения процесса.Подобных результатов можно добиться и при естественной конвекции, увеличив площадь охлаждающей поверхности. Для этого небольшие двигатели как таковые в мотоциклах имеют эти расширенные поверхности в виде ребер. Эти ребра обеспечивают дополнительную площадь поверхности, тем самым увеличивая скорость процесса охлаждения. Вместе с проходящим воздухом и увеличенной площадью поверхности в виде плавников; эти двигатели с воздушным охлаждением, как правило, отлично справляются со своей работой. На изображении показана простая работа двигателя с водяным охлаждением

2 ) Двигатели с водяным охлаждением

Большая часть двигателей, которые мы видим в автомобилях и промышленности, на самом деле имеют водяное охлаждение.Они есть в наших автобусах, автомобилях, грузовиках, тракторах, генераторах переменного тока, промышленных двигателях и даже на кораблях; как в судовом дизеле.

Эти двигатели с водяным охлаждением можно легко идентифицировать по отличительным деталям, таким как; радиатор (разновидность теплообменника), расширительный бачок, вентилятор охлаждения, водяной насос, термостат, перепускной клапан, кожух цилиндра и герметичная крышка.

В этих двигателях с водяным охлаждением вода течет снизу вверх в рубашке цилиндра, а вода течет последовательно к головке цилиндра.Это означает, что некоторое количество горячей воды после охлаждения цилиндра поступает в нагреватель цилиндра и на выпускной клапан в соответствии с конструкцией.

Это делается во избежание тепловых ударов и нагрузок на головку блока цилиндров и ее детали; из-за большей разницы температур между водой и головкой блока цилиндров. В то время как вода используется для охлаждения твердых деталей, таких как головка и цилиндр; но движущиеся части, такие как поршень, охлаждаются только смазочным маслом.

В зависимости от конструкции двигатели с водяным охлаждением можно разделить на три основные категории; замкнутая, открытая и полузакрытая система охлаждения двигателя.Открытая система охлаждения используется в местах с неограниченным запасом воды, например, на небольших моторных лодках и яхтах.

Это старый метод охлаждения, популярный во время и после Второй мировой войны. Система охлаждения с замкнутым контуром используется в береговой промышленности и автомобильных двигателях; где постоянный тип охлаждающей жидкости используется снова и снова.

С другой стороны, система охлаждения двигателей полузакрытого типа в настоящее время используется на крупных коммерческих и военных кораблях. Здесь используется фиксированный тип теплоносителя в замкнутом контуре; который постоянно охлаждается морской водой, протекающей в открытой системе.Это означает, что морская вода закачивается для охлаждения горячей охлаждающей жидкости, а затем выливается за борт.

A ) Замкнутый контур — система охлаждения двигателя с водяным охлаждением

Предположим, что ваш автомобиль стоит в гараже с остывшим двигателем. С входным и выходным шлангами насоса охлаждающей жидкости, соединенными с радиатором и рубашкой цилиндра; он готов к использованию в любое время. Между возвратным патрубком охлаждающей жидкости и впускным патрубком радиатора установлен термостат для контроля температуры двигателя.

Теперь при запуске двигателя; термостат блокирует обратный поток охлаждающей жидкости к радиатору с помощью перепускного/запорного клапана.Это делается для того, чтобы двигатели быстрее набирали рабочую температуру.

После достижения двигателем нормальной рабочей температуры; термостат открыть клапан, чтобы охлаждающая жидкость текла через радиатор. Охлаждающая жидкость поступает в двигатель через впускной патрубок рубашки охлаждения и движется к головке блока цилиндров.

В металле цилиндра сделаны специальные отверстия для эффективного теплообмена. Охлаждающая жидкость забирает отработанное тепло при движении по этим каналам в блоке цилиндров и его головке. Затем он возвращается обратно к радиатору, чтобы остыть.На изображении показан радиатор двигателя с водяным охлаждением замкнутого контура | Автор: Райан Фрост; Лицензия: CC BY 2.0  ; Год выпуска: 2008

Охлаждающая жидкость поступает в радиатор через впускные отверстия радиатора и стекает по трубкам радиатора. В этих трубках радиатора происходит теплообмен между охлаждающей жидкостью и холодным воздухом. Поток воздуха через эти трубки радиатора под действием поступательного движения автомобиля.

Дополнительные вентиляторы с приводом от двигателя или двигателя устанавливаются для обеспечения дополнительного потока воздуха для облегчения теплообмена на низкой скорости.Многие двигатели с водяным охлаждением имеют эту дополнительную функцию автоматического включения и отключения вентиляторов радиатора; чтобы избежать ненужной принудительной циркуляции воздуха.

Предусмотрен дополнительный переливной или расширительный бачок, чтобы избежать избыточного давления в трубках радиатора. Когда двигатель работает слишком долго и на высоких оборотах; повышается его рабочая температура. Это приводит к большему производству отработанного тепла и, следовательно, к более высокой температуре охлаждающей жидкости. Если не остановить, это может привести к избыточному давлению в трубках радиатора.

Это может привести к летальному исходу и привести к разрыву трубок радиатора или полному отказу радиатора. Во избежание такой ситуации в системе предусмотрен переливной/расширительный бачок. При повышении температуры охлаждающая жидкость расширяется и переливается в расширительный бачок, а не создает давление.

При снижении температуры или утечке хладагента в системе этот переливной бачок помогает поддерживать надлежащее количество хладагента в системе. По этой причине считается хорошей практикой заполнять расширительный бачок радиатора хотя бы наполовину перед очень долгой поездкой.

B ) Открытый контур – система охлаждения двигателя с водяным охлаждением

Одна из самых простых и эффективных систем охлаждения двигателя; Двигатели с водяным охлаждением открытого цикла используются для небольших морских судов, таких как моторные лодки и водные мотоциклы. Некоторые небольшие рыбацкие лодки, изготовленные по индивидуальному заказу, также имеют систему охлаждения с открытым контуром из-за низкой стоимости и простой конструкции.

Его очень просто сконструировать, эксплуатировать и обслуживать, так как он засасывает морскую воду для промывки рубашки двигателя. Система с открытым контуром предпочтительнее других, где потребность в охлаждающей жидкости слишком высока, требуется простое управление с гораздо более низкой ценой.

В системе охлаждения двигателя с открытым контуром вода всасывается насосом через ряд фильтров. Выход этих насосов подается непосредственно на вход рубашки и циркулирует вокруг цилиндра. Затем горячая охлаждающая вода выбрасывается прямо за борт. Это была самая используемая система охлаждения в прошлом веке.

Но учитывая его недостатки, такие как коррозия, морские отложения и высокий риск загрязнения нефтью; он ограничен лишь несколькими морскими приложениями.

C ) Полузакрытая система охлаждения двигателя с водяным охлаждением

Пресная вода используется для охлаждения судового дизельного двигателя, который затем охлаждается постоянным потоком морской воды в полузакрытой системе. Его половина состоит из системы пресной воды, работающей по замкнутому контуру для охлаждения блока цилиндров, головки цилиндров, турбонагнетателя и выпускных клапанов. Другая половина, состоящая из морской воды, используется в качестве охлаждающей среды для пресной воды в системе с открытым контуром. В двигателях используется пресная вода, чтобы избежать коррозии и плохой теплопередачи из-за отложений солей.

Пресная вода для этой цели производится на корабле генератором пресной воды. Морская вода закачивается в теплообменник, называемый охладителем воды в рубашке; где он забирает избыточное тепло от пресной воды. Насос морской воды всасывается из одного из морских ящиков по левому или правому борту корабля; через комплект всасывающего клапана и сетчатого фильтра.

Выход этих насосов подается в различные системы, включая охладитель воды рубашки охлаждения, через обратный клапан. На каждом корабле есть два таких насоса с возможностью автоматического переключения.

Вода рубашки охлаждения после охлаждения рубашки цилиндров, ГБЦ, выпускного клапана и турбонагнетателя возвращается обратно в рубашку. Вода через саморегулирующийся термостатический клапан поступает в теплообменник. На борту судна может быть кожухотрубный или пластинчатый теплообменник в качестве охладителя воды рубашки.

Две жидкости, пресная и морская, текут в противоположных направлениях друг к другу, чтобы увеличить скорость теплопередачи. Итак, если морская вода входит сверху и уходит снизу; пресная вода будет поступать снизу и выходить сверху теплообменника.

Температура воды в рубашке судового дизельного двигателя поддерживается на уровне 75 градусов Цельсия с помощью перепускного клапана и термостата, настроенных на температуру от 75 до 80. Перепускной клапан открыт, и вода в рубашке не может поступать в теплообменник до достижения его оптимальная рабочая температура.

Если температура воды в рубашке слишком низкая для запуска двигателя, она проходит через нагревательные или паровые змеевики. Как только он достигает своей рабочей температуры, перепускной клапан наполовину закрывается, а термостат позволяет воде поступать в охладитель воды в рубашке.На изображении показан расширительный бачок, заполненный водным раствором антифриза. | Автор: ЭвелинГигглс; Лицензия: CC BY 2.0; Год: 2009

Низкая температура и потребность в антифризе

Вода экспоненциально расширяется при замерзании. Таким образом, замерзание охлаждающей воды на холодном двигателе может привести к повреждению клапанов и их соединений, искривлению и разрыву мелких каналов. Это не только ограничивает использование холодного двигателя, но и тратит большие деньги на его ремонт летом. Чтобы решить эту проблему замерзания воды зимой, в воду смешивают состав, называемый антифризом.Соединение дополнительно снижает температуру замерзания охлаждающей воды в рубашке, предотвращая ее замерзание.

Обычно в автомобильной промышленности используется соотношение 70-30 к 50-50. Но для некоторых случаев, например, для двигателей, специально разработанных для полярных условий, это соотношение достигает 30-70. Это означает, что тридцать процентов воды и семьдесят процентов антифриза.

Общепринято использовать этиленгликоль и полипропиленгликоль в качестве антифриза. Они химически стабильны, имеют очень низкие температуры замерзания, очень высокую температуру кипения, не испаряются в радиальном направлении при комнатной температуре, долговечны и обладают опасным свойством быть ядовитыми.

Читайте также:
Знаете ли вы, что мы пишем пост по вашему запросу?

Запросите свою тему!

Охлаждение двигателя — почему ракетные двигатели не плавятся

Температура газов внутри камеры сгорания двигателя может достигать ~3500 К, что примерно вдвое меньше, чем на поверхности Солнца, что, безусловно, превышает температуру плавления большинства материалов. Двигатели должны достичь этой температуры, чтобы нормально функционировать, но как они могут это пережить? В этой статье вы узнаете о методах охлаждения двигателей, используемых для предотвращения плавления ракетных двигателей.

Температурная шкала, сравнивающая различные температуры с температурами внутри основной камеры сгорания ракетного двигателя. (Кредит: Повседневный астронавт)

Радиатор

В верхней части камеры сгорания находится передняя часть форсунки. Здесь топливо и окислитель закачиваются в камеру под чрезвычайно высоким давлением. Топливо и окислитель смешиваются внутри камеры и начинают воспламеняться. Пока поток продолжается, топливо будет продолжать гореть и воспламеняться.Но почему металлические стенки камеры не плавятся при прохождении через них горячего газа?

Рендер форсунки двигателя. Здесь топливо смешивается и сгорает в основной камере сгорания, выделяя невероятное количество тепловой энергии. (Кредит: Повседневный астронавт)

Один из вариантов — сделать стенки настолько толстыми, чтобы горячие газы не могли нагреть толстый слой металла настолько, чтобы расплавить его. Здесь стенки действуют как теплоотвод — это большой теплопроводник, способный выдерживать высокие температуры в течение определенного периода времени, прежде чем весь металл достигнет точки кипения.Хорошим вариантом для этого может стать экзотический материал, способный выдерживать высокие температуры и оставаться прочным, например, инконель или другой сплав.

Однако радиаторы имеют несколько серьезных ограничений. Одно ограничение — вес. Снижение веса чрезвычайно важно при создании ракеты, а дополнительная толстая металлическая стенка добавит много лишнего веса. Другая проблема заключается в том, что двигатель сможет работать только до тех пор, пока весь металл в конечном итоге не достигнет своей точки плавления.

Рендер двигателя, который использует только охлаждение радиатора.Не используется никакой метод охлаждения, кроме достаточно толстых стенок двигателя, способных выдержать теплоту сгорания. (Кредит: Повседневный астронавт)

Это означает, что радиаторы не лучший вариант для главных двигателей, которые должны работать непрерывно в течение нескольких минут. Тем не менее, они могут быть жизнеспособным вариантом для двигателей меньшего размера, таких как маневровые подруливающие устройства. Маневровые подруливающие устройства работают гораздо меньшее время, чем основные двигательные установки, и часто работают в импульсном режиме, что дает двигателю возможность остыть между импульсами.

Коэффициент окислителя топлива

Другим вариантом предотвращения плавления двигателя является работа двигателя в конфигурации с высоким содержанием топлива или окислителя, что снижает температуру основного выхлопа. Это отношение известно как массовое отношение топлива к окислителю.

Если кто-то хочет сжечь все ваше топливо и заставить его вступить в реакцию друг с другом, вам нужно сжечь его в их стехиометрическом соотношении. Стехиометрическое соотношение — это когда полное количество топлива и окислителя идеально реагируют друг с другом, поэтому не остается несгоревшего топлива.Это означает, что каждый атом каждой молекулы будет реагировать с одним другим атомом для полного сгорания. Результатом этого является то, что вы выделяете максимальное количество тепла из химических связей, что было бы здорово в некоторых ситуациях, но не при работе с ракетными двигателями. Чем больше тепла производит ракетный двигатель, тем больше вам придется охлаждать двигатель, чтобы он не расплавился, что не идеально.

График массового отношения топлива к окислителю, если топливо и окислитель будут сжигаться при стехиометрическом соотношении, что приведет к чрезвычайно высоким температурам, которые могут разрушить двигатель.(Кредит: Повседневный астронавт)

Это означает, что в ракетных двигателях соотношение топлива и окислителя немного отличается от стехиометрического. Основная камера сгорания двигателя будет иметь тенденцию работать с высоким содержанием топлива, так как это будет иметь более низкую тепловую нагрузку и иметь высокий КПД.

Вы также можете использовать обогащенное топливо для предварительной горелки или газогенератора, чтобы поддерживать его охлаждение, что важно, поскольку очень трудно охладить вращающуюся турбину. Турбина будет иметь определенное количество тепла, которое она может потреблять, в зависимости от ее материалов, поэтому необходимо изменить соотношение окислителя в топливе, чтобы оно было подходящим.Турбины могут быть рассчитаны на работу с обогащенным топливом или окислителем, например, главный двигатель космического корабля «Шаттл» РС-25, который работал на обогащенном топливе, или двигатель советской конструкции НК-33, который пропускал топливо, обогащенное окислителем, через свои предварительные горелки замкнутого цикла.

Абляционное охлаждение

Абляционное охлаждение — один из самых простых и эффективных способов охлаждения двигателя. В этом методе используется материал, который испаряется, а затем выбрасывается, забирая с собой тепло. Обычно это делается из углеродного композита, который имеет чрезвычайно высокую температуру плавления.

Это тот же метод, который используется большинством космических кораблей для тепловых экранов. Когда космический корабль входит в атмосферу, он становится очень, очень горячим. Теплозащитный экран забирает это тепло, и когда его поверхность становится слишком горячей, он расплавляет слой, забирая тепло с собой. Это предотвращает проникновение тепла глубже в космический корабль.

Углеродный композитный слой, действующий как абляционный слой, изолирующий металлические стенки основной камеры сгорания и поглощающий тепло при сублимации. (Кредит: Повседневный астронавт)

Этот же принцип можно применить для охлаждения ракетного двигателя.Внутри стенок камеры сгорания и сопла находится слой углеродных композитов. Когда топливо сгорает в двигателе, этот углеродный слой будет медленно сгорать. Этот метод не имеет движущихся частей и является саморегулирующимся, что делает его чрезвычайно эффективным и надежным методом охлаждения двигателей.

Но есть некоторые ограничения, наиболее очевидным из которых является то, что двигатель, охлажденный таким образом, нельзя использовать повторно. Некоторые двигатели даже не смогут пройти полное тестирование перед использованием, поскольку оно изнашивает стенки абляционной камеры.Наиболее известен тот факт, что двигатель Apollo Lunar Ascent нельзя было запустить в качестве готового устройства до тех пор, пока он не был запущен на поверхности Луны, чтобы доставить астронавтов домой!

Двигатели с абляционным охлаждением со временем откроют горловину двигателя из-за износа все большей и большей части абляционного слоя, что со временем приведет к снижению производительности.

Есть несколько других примеров двигателей с абляционным охлаждением, в том числе первый двигатель Merlin SpaceX, Merlin 1A, который участвовал в первых двух полетах Falcon 1, и двигатель Delta IV United Launch Alliance, RS-68A.Нетрудно заметить, что двигатель РС-68А охлаждается абляционно, так как работает на гидролоксе, у которого полностью прозрачный выхлоп водяного пара — такой же, как у шаттла. Тем не менее, RS-68 имеет ярко-оранжевый выхлоп из-за углерода, который удаляется и выбрасывается из двигателя, поскольку он продолжает реагировать с кислородом в нашей атмосфере.

Другой тип небольших двигателей, реактивные двигатели управления, также может использовать абляционные камеры, поскольку этот тип двигателя используется только в течение короткого времени и имеет определенное количество топлива, которое он может сжечь, прежде чем закончится.Это означает, что инженеры могут спроектировать толщину стенки в соответствии с максимальным использованием.

Регенеративное охлаждение

Регенеративное охлаждение является наиболее распространенным способом предотвращения расплавления жидкостного ракетного двигателя. Этот метод предполагает протекание части или всего топлива через стенки камеры сгорания и сопла перед тем, как пройти через форсунки в камеру. Хотя стенки и сопло ракетных двигателей кажутся тонкими, на самом деле в стенках есть небольшие каналы, через которые можно пропускать топливо, чтобы они оставались прохладными.

Двигатели с регенеративным охлаждением прокачивают топливо через тонкие каналы внутри стенок двигателя, поглощая тепло, отводимое через металлические стенки от основной камеры сгорания и сопла. (Кредит: Повседневный астронавт)

Открытие этого метода стало большим прорывом, так как этот метод позволял ракетным двигателям работать более или менее бесконечно. Ранние версии двигателей с регенеративным охлаждением имеют основную камеру и гильзу снаружи двигателя, через которые может проходить охлаждающая жидкость или топливо.После этого было нормальным видеть трубы, используемые в качестве стенок камеры сгорания. Примером этого является двигатель RL-10, в котором до сих пор используется конструкция из паяных труб.

В настоящее время более распространенной практикой является прорезание охлаждающего канала в стенке сопла, затем использование медного или никелевого сплава для его герметизации, которая затем будет внутренней стенкой камеры. Здесь используются медные и никелевые сплавы из-за их высокой теплопроводности, позволяющей передавать тепло от стенки в теплоноситель.

Starship SN8 во время приземления сгорел, где он испытал низкое давление в топливном баке, что привело к сгоранию с высоким содержанием кислорода (ближе к стехиометрическому соотношению), которое эффективно разъедает внутренние стенки двигателя, сжигая медную обшивку (зеленое пламя). (Кредит: Повседневный астронавт)

Этот метод означает, что топливо может закипеть, не достигнув камеры. Этот процесс иногда можно использовать для вращения турбины для запуска насосов двигателя — это цикл детандера. Цикл использует энергию теплового расширения топлива, превращающегося из жидкости в газ, для вращения насосов.

В большинстве двигателей в качестве охлаждающей жидкости используется топливо, но можно использовать и окислитель. Когда используется криогенное топливо, внешняя часть сопла ракеты будет очень холодной, а внутренняя часть стенки будет очень горячей.

Одна из основных проблем регенеративного охлаждения заключается в том, что давление внутри стенок должно быть выше, чем давление в камере сгорания. Это связано с тем, что стенки представляют собой просто трубки, питающие форсунки, а поскольку давление всегда течет от высокого к низкому, форсунки должны иметь более высокое давление, чем камера сгорания.

При экстремальном давлении внутри крошечных стенок легко представить, что может произойти утечка. К счастью, из-за того, что давление внутри стенки выше, чем давление в камере, в случае утечки это просто обеспечило бы дополнительное охлаждение за счет пленочного охлаждения.

Пленочное охлаждение

Следующим распространенным способом охлаждения двигателя является пленочное охлаждение. Этот метод заключается в том, что между камерой сгорания и поверхностью сопла впрыскивается жидкость и горячие дымовые газы.Поскольку жидкости бывают газообразными или жидкими, это можно сделать с помощью жидких или газообразных пропеллентов. Цель этого состоит в том, чтобы создать границу между стеной и горячим дымовым газом, которая будет действовать как теплоизоляция с более холодной жидкостью между ними.

Двигатель с пленочным охлаждением, в котором во внешний периметр поверхности форсунки впрыскивается больше топлива, богатого топливом, для создания изолирующего слоя несгоревшего топлива (отсутствие окислителя) между внутренней камерой сгорания и стенками камеры сгорания.(Кредит: Повседневный астронавт)

Самый простой способ сделать жидкостно-пленочное охлаждение — увеличить концентрацию форсунок топлива или окислителя на внешнем периметре поверхности форсунки. Поскольку основная камера сгорания богата топливом, топливо обычно предпочтительнее — по внешнему периметру будет течь дополнительное топливо, в котором не будет нужного количества окислителя, необходимого для реакции. Это означает, что будет кольцо сгорания богатого топлива, чтобы предотвратить передачу тепла от основных газов сгорания к стенкам.

Большая часть топлива близко к стенке, которое не будет реагировать из-за отсутствия достаточного количества окислителя, в основном проходит вдоль стенок камеры в виде пленки, между дымовыми газами и стенками камеры. Однако он, вероятно, будет переходить из жидкого состояния в газообразное, создавая пограничный слой пара, который будет продолжать поглощать тепло по мере того, как процесс фазового перехода поглощает определенное количество тепла.

Двигатель с регенеративным охлаждением, который также использует пленочное охлаждение в горячих точках, таких как горловина двигателя, где топливо впрыскивается в горловину для снижения тепловой нагрузки.(Кредит: Повседневный астронавт)

Также обычно просверливают отверстия в стене (при условии, что они регенеративно охлаждаются) и просачивают небольшое количество жидкого топлива, особенно в горячих точках, таких как горловина двигателя.

Преимущество использования топлива в качестве хладагента заключается в том, что оно создает слой углерода в виде коксования вдоль стенок, когда используется топливо на основе углерода, такое как RP-1. При сжигании богатого топлива большое количество углерода остается несгоревшим и может образовывать сажу. Вы можете увидеть это в выхлопе газогенератора для двигателя Merlin.В этом двигателе SpaceX использует газогенератор с чрезвычайно высоким содержанием топлива, что снижает температуру настолько, что турбина не плавится. Результатом этого является очень темный и закопченный выхлоп. Эта сажа может также прилипать к внутренним стенкам камеры. Нехорошо, если сажа прилипнет к форсункам и охлаждающим отверстиям, но сажа, прилипшая к стенкам, может служить дополнительным тепловым барьером.

Том Маркусик, генеральный директор Firefly, с сажей на лице, образовавшейся на внутренних стенках их двигателя Reaver, выступающей в роли изолирующего слоя, помогающего снизить общую тепловую нагрузку.(Кредит: Повседневный астронавт)

Выхлопной газ газогенератора двигателя Merlin также можно использовать для пленочного охлаждения части сопла. Этого не происходит на Merlins уровня моря, где выхлоп просто выбрасывается за борт, но это происходит на Merlin, оптимизированном под вакуум. Здесь выхлопные газы турбины закачиваются в удлинитель сопла, что оптимизирует работу двигателя в условиях вакуума. По мере того как сопло расширяется после горловины, выхлопной газ становится холоднее и имеет более низкое давление по мере продвижения вниз по соплу.При закачивании выхлопных газов турбины это необходимо делать достаточно далеко вниз по соплу, где он имеет более высокое давление, чем давление выхлопных газов основного сгорания, но также и в точке, где тепло, необходимое для защиты сопла, может быть успешно изолировано с помощью пленочное охлаждение выхлопных газов турбины, так как регенеративное охлаждение часто заканчивается в этой точке.

Это происходит не только на оптимизированном для вакуума Merlin, но и на обоих двигателях Saturn V. И F-1, и J-2 использовали пленочное охлаждение выхлопных газов турбины, чтобы сохранить нижние части своих сопел. прохладно.В то время как J-2 все еще использовал регенеративное охлаждение под коллектором, F-1 прекратил регенеративное охлаждение на коллекторе, поскольку пленочного охлаждения было достаточно, чтобы остальная часть сопла не расплавилась.

Эффект от этого был заметен при работе двигателей F-1. Ярко-оранжевый фронт пламени начинался не с конца сопла, а между пламенем и срезом сопла есть темный участок — это выхлоп турбины пленочного охлаждения. Из-за того, что он настолько богат топливом, ему требуется некоторое время, чтобы найти кислород для горения и воспламенения, чего не происходит, пока он не покинет двигатель и не начнет реагировать с кислородом в атмосфере.

Радиационное охлаждение

И вакуумный двигатель Merlin от SpaceX, и вакуумный двигатель Rutherford от Rocket Lab светятся ярко-красным при включении, потому что металл сильно нагревается и излучает тепло в космос. Поскольку в космосе нет атмосферы, нет воздуха, который мог бы собирать и отводить или отводить тепло. Вместо этого двигатели могут излучать тепло от своих сопел, поскольку излучению не требуется материя для передачи тепла — как Солнце, которое передает тепло через космический вакуум посредством излучения.

Удлинители сопла двигателей Merlin и Rutherford с оптимизированным вакуумом изготовлены из очень тонкого металла, обычно из сплава, такого как сплав ниобия, который способен выдерживать высокие тепловые нагрузки. Недостатком этих удлинителей насадок является то, что они очень тонкие и относительно хрупкие. Кроме того, ниобий также очень реактивен по отношению к кислороду, а это означает, что такой двигатель реально может работать только в вакуумной среде, а также более сложен в процессе производства.

Резюме

Глядя на двигатель Merlin Vacuum, возможно, лучший способ обобщить методы охлаждения двигателя, поскольку в этом двигателе используются почти все типы охлаждения.

Газогенератор использует как радиатор, так и очень богатый топливом выхлоп. Это сделано потому, что другие виды охлаждения не могут быть использованы для вращающейся турбины. В этой ситуации инженерам просто нужно использовать устойчивые к высоким температурам металлы и снизить температуру выхлопных газов, чтобы металл мог выдерживать тепло.

Регенеративное охлаждение используется для охлаждения стенок камеры, горловины и первой секции сопла, а для внутренней части двигателя выполняется некоторое пленочное охлаждение. Пленочное охлаждение с выхлопом газогенератора на выходе из сопла используется при окончании каналов регенеративного охлаждения.Кроме того, удлинитель сопла также излучает дополнительное тепло, светясь ярко-оранжевым светом с использованием ниобиевого сплава.

Двигатель Merlin с оптимизированным вакуумом, похоже, не использует абляционное охлаждение, но, поскольку верхние ступени используются только один раз, двигатель, вероятно, мог бы даже использовать абляционное охлаждение, если бы это было необходимо.

Нравится:

Нравится Загрузка…

С воздушным или водяным охлаждением

Сегодня охлаждение воздухом или водой? Инженерный колледж Хьюстонского университета представляет этот сериал о машинах, которые делают нашу цивилизацию run, и люди, чья изобретательность создала их.

Давайте представим, что мы инженеры конца 19-го века, и мы только что создали новый двигатель внутреннего сгорания. Итак: как охладить цилиндры? температура внутри них достигает, может быть, 3000 градусов по Фаренгейту. Они будут разрушены, если мы не охлаждаем их.

Мы можем поставить на них ребра охлаждения, а затем заставить их обтекать холодным воздухом. Или мы можем защитите цилиндры и направьте холодную воду через кожух. Это дает лучшее охлаждение но вода горячая, когда выходит из куртки.Теперь нам нужен радиатор для его охлаждения. до его рециркуляции. (Ах, этот мир технических компромиссов!)

Мы начали 20-й век, снабжая наши новые автомобили, самолеты и мотоциклы ИС. двигатели. Сначала мы импровизировали. Братья Райт просто позволили своему двигателю закипеть. выключается, пока не закончится резервуар. Но они запускали его всего несколько минут за раз.

Затем отношение мощности к весу резко возросло. Пришлось отводить больше тепла из меньшего пространства, в то время как двигатели работали часами, а не минутами.Вскоре автомобили стали охлаждаться водой. (И такими они являются сегодня, за немногими исключениями с воздушным охлаждением, такими как старый Volkswagen Жук. )

Но жидкостное охлаждение означает много дополнительного оборудования: радиаторы, водяные насосы — больше веса. Сначала это было слишком для новых самолетов и мотоциклов. Ранние мотоциклы цилиндры были окружены ребрами охлаждения и размещены так, чтобы воздух проходил мимо них.

Двигатели самолетов должны были быть намного мощнее — гораздо больше цилиндров.Итак, французы усовершенствовал удивительное американское изобретение: роторный двигатель. Девять или около того цилиндров исходящие наружу от неподвижного центрального вала и вращающиеся вокруг него. Это звучит громоздкий, но он сделал для очень эффективного воздушного охлаждения.

Во время Первой мировой войны союзники использовали как роторные двигатели, так и V-8 с водяным охлаждением. Немцы понравились рядные 6-цилиндровые двигатели с водяным охлаждением. Тем не менее, Триплан Красного Барона использовал копию французского ротора.

Таким образом, компрометация продолжалась, по крайней мере, на небольших машинах.Это действительно не было соревнованием большие самолеты. На радиальные двигатели воздушного охлаждения перешли большие многомоторные транспорты и бомбардировщики.

Но по мере того, как мотоциклы набирали скорость, многие стали использовать двигатели с водяным охлаждением. Двигатели могли теперь сделать его достаточно компактным, чтобы оправдать добавленный объем. Компромиссы остались в равновесии во время Второй мировой войны. Двигатели истребителей ВМФ в основном имели воздушное охлаждение, но в армии предпочитали водяное охлаждение. Двигатели В-12. Всё-таки последние лучшие истребители той войны, и немецкие, и американские, используется воздушное охлаждение.

Я уже говорил, что пользователи завершают любую новую технологию. Только они могут, наконец, выбрать лучшая форма. Но время от времени две формы имеют достаточно достоинств, чтобы стравить потребителей. друг против друга. Просто послушайте, как это делают владельцы Mac и ПК.

Так было и с двигателями воздушного и водяного охлаждения. Наши автомобили теперь в основном с водяным охлаждением. Большинство винтовых легких самолетов имеют воздушное охлаждение. Мотоциклы тоже могут быть. Но спустя столетие альтернатива продолжает скрываться.И это хорошо. Для технологии, еще не застывшая на месте технология, которая будет продолжать совершенствоваться.

Я Джон Линхард из Хьюстонского университета, где нас интересует, как изобретательные умы Работа.

(Музыкальная тема)

См. следующие веб-сайты на охлаждение двигателя внутреннего сгорания, на двигатель братьев Райт, на Самолеты Первой мировой войны, на первые авиационные двигатели, на один из самых известных роторных двигателей, и на двигателях мотоциклов и их охлаждении.

Для описания ранних систем охлаждения автомобильных двигателей в контексте см.: Г. В. Хоббс и Б. Г. Эллиотт, Бензиновый автомобиль. (Нью-Йорк: McGraw-Hill Book Co., Inc., 1920). (Черно-белые рисунки ниже взяты из этого источника.)

Фотоизображения Дж. Линхарда: мотоцикл Indian и двигатель Gnome из Музея Деревни Пионеров в Миндене, Небраска; Двигатель Albatros с аэродрома Old Rhinebeck в Нью-Йорке; Двигатель Райта копия внизу памятника Райту в Kill Devil Hills.Моя благодарность коллеге Киту Холлингсворту за дополнительной консультацией.



Это последнее изображение является нетипичным примером раннего автомобильного двигателя с воздушным охлаждением.

Двигатели нашей изобретательности Copyright © 1988-2009 Джон Х. Линхард.


Различные типы систем охлаждения в автомобилях

Когда автомобильный двигатель нагревается во время работы, задачей системы охлаждения является уменьшение нагрева и защита двигателя от перегрева.Независимо от температуры наружного воздуха система охлаждения должна поддерживать оптимальную температуру двигателя, не слишком низкую или высокую, а в умеренном постоянном соотношении. Чрезмерное охлаждение снижает эффективность использования топлива автомобилем, тогда как перегрев повреждает двигатель. Как правило, система охлаждения отвечает за отвод избыточного тепла в воздух и поддержание работы двигателя при наиболее эффективной температуре. В автомобилях используются два типа систем охлаждения: воздушное охлаждение и жидкостное охлаждение.

Системы воздушного охлаждения

В системах воздушного охлаждения обычно используются алюминиевые ребра на головке и блоке цилиндров для отвода тепла от двигателей. На ребрах проходит воздуховод, и мощный вентилятор используется для обдува этих ребер воздухом через воздуховод для рассеивания тепла в воздухе. Поскольку для охлаждения не используются какие-либо жидкости, проблем с замерзанием или утечкой охлаждающей жидкости не будет. Скорость, с которой двигатель охлаждается, зависит от площади охлаждающей поверхности, контактирующей с воздухом, и от разницы температур между цилиндром и воздухом.Часто поток воздуха контролируется датчиками температуры, поскольку в систему подается только необходимое количество воздуха, чтобы поддерживать постоянную температуру даже в холодную погоду. Двигатели с воздушным охлаждением обычно используются в нескольких старых автомобилях и в очень немногих современных автомобилях.

Системы жидкостного охлаждения

В системах жидкостного охлаждения охлаждающая жидкость, такая как вода, циркулирует по каналам блоков цилиндров и головок цилиндров, где она поглощает тепло для поддержания охлаждения двигателя. Как только тепло поглощается, горячая жидкость покидает двигатель и направляется к радиатору.Он проходит через термостат, затем в верхний патрубок радиатора и в сердцевину радиатора. Здесь нежелательное тепло рассеивается в воздушном потоке, а охлажденная жидкость выходит из радиатора и возвращается обратно в двигатель, чтобы повторить процесс.

В автомобилях требуется постоянный поток воздуха для поддержания нормальной температуры радиатора двигателя. Когда автомобиль работает, радиаторы автоматически получают воздух снаружи для охлаждения жидкости, но когда он стоит, вентилятор необходим для подачи необходимого воздуха для поддержания постоянной температуры.В некоторых автомобилях часто используются электрические вентиляторы, соединенные с датчиками температуры. Здесь термостат с клапаном используется для управления потоком жидкости через радиатор. Когда двигатель прогрет, клапан открывается и пропускает охлаждающую жидкость через радиатор, а когда двигатель остывает, клапан закрывается, препятствуя протеканию жидкости.

Как правило, в местах, где температура опускается ниже нуля градусов, охлаждающая жидкость (вода) в бачках радиатора и ведущих трубах может замерзнуть и подвергнуться расширению.Это может создать огромное внутреннее давление и привести к разрыву радиатора. Во избежание повреждения двигателя и радиатора добавляют растворы антифриза, такие как этиленгликоль, изопропиловый спирт и т. д., чтобы снизить температуру замерзания охлаждающей жидкости.

Система охлаждения двигателя [Типы, принцип работы и характеристики]

Система охлаждения двигателя

Во время работы двигатель непрерывно выделяет тепло и преобразует его в мощность. Это тепло образуется за счет сжигания топлива в двигателе.

Но, как мы все знаем, в мире не существует двигателя со стопроцентным КПД.

Всегда есть некоторое количество тепловой энергии, которая тратится впустую. Если мы не будем передавать эту тепловую энергию в атмосферу, это тепло перегреет двигатель.

Этот перегрев приведет к заклиниванию двигателя. При заклинивании двигателя из-за избыточного тепла поршень расплавляется внутри цилиндра.

Во избежание перегрева автомобиля предусмотрена система охлаждения двигателя.

Что такое система охлаждения двигателя?

Система охлаждения двигателя является неотъемлемой частью двигателей. Он уносит лишнее тепло от двигателя с помощью протекающей жидкости.

Эта жидкость может быть воздухом или водой.

Или можно сказать, что есть два типа систем охлаждения

  1. Система жидкостного или непрямого охлаждения
  2. Система воздушного или прямого охлаждения

Как работает система охлаждения двигателя?

Работа систем с воздушным и водяным охлаждением отличается.Мы поймем их один за другим.

Система жидкостного или непрямого охлаждения

В системе жидкостного охлаждения двигатель окружен водяными рубашками. С помощью насоса эта вода циркулирует в этой водяной рубашке.

Вода, текущая в этих рубашках, отводит тепло от двигателя. Эта горячая вода проходит через радиатор, где охлаждается от холодного тепла, продуваемого вентилятором.

В этой системе вода забирает тепло у двигателя, эта вода охлаждается воздухом и снова циркулирует в двигателе.

Это непрямой процесс охлаждения, при котором фактическое охлаждение воздухом не охлаждает систему напрямую. Воздух охлаждает воду, а вода охлаждает двигатель.

Жидкостная или непрямая система охлаждения в основном используется в больших двигателях, таких как легковые и грузовые автомобили.

Преимущества системы жидкостного охлаждения

  1. Компактная конструкция двигателей
  2. Обеспечивает равномерное охлаждение двигателя
  3. Двигатель можно установить в любом месте автомобиля.Нет необходимости устанавливать двигатель спереди.
  4. Может использоваться как в малых, так и в больших двигателях

Ограничения системы жидкостного охлаждения

  1. Здесь водяная рубашка становится дополнительной частью двигателя.
  2. Циркуляция воды потребляет мощность, что снижает КПД двигателя.
  3. В случае выхода из строя системы охлаждения двигатель может получить серьезные повреждения.
  4. Стоимость системы значительно высока.
  5. Требуется плановое техническое обслуживание, что требует дополнительных затрат на техническое обслуживание.

Система воздушного или прямого охлаждения

В системе прямого охлаждения двигатель охлаждается непосредственно с помощью проходящего через него воздуха. Это та же самая система охлаждения, которая используется для охлаждения двигателей наших велосипедов.

Как мы видим здесь, воздух находится в непосредственном контакте с двигателем, поэтому он также известен как система прямого охлаждения.

Система воздушного охлаждения используется для небольших двигателей, таких как велосипеды, косилки и т. д.

Преимущества системы воздушного охлаждения

  1. Конструкция двигателя упрощается.
  2. Легко ремонтировать в случае повреждений.
  3. Отсутствие громоздкой системы охлаждения упрощает обслуживание системы.
  4. Нет опасности утечки охлаждающей жидкости.
  5. Двигатель не подвержен замерзанию.
  6. Вес системы меньше.
  7. Это автономное устройство, так как не требует радиатора, коллектора, баков и т. д.
  8. Установка системы воздушного охлаждения проста.

Ограничения двигателей воздушного охлаждения

  1. Применимо только к двигателям малого и среднего размера.
  2. Может использоваться только в местах с более низкой температурой окружающей среды.
  3. Охлаждение неравномерное.
  4. Более высокая рабочая температура по сравнению с двигателями с водяным охлаждением.
  5. Увеличивает аэродинамический шум.
  6. Удельный расход топлива несколько выше.
  7. Уменьшите максимально допустимую степень сжатия.
  8. Вентилятор, если он используется, потребляет почти 5% мощности, вырабатываемой двигателями.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.